Question

鎂及其化合物在工業(yè)上有廣泛的應用．
完成下列計算：
（1）稱取某鎂鋁合金10g，放入100mL 3mol/L的NaOH溶液中，完全反應收集到6.72L的H₂（標準狀況）．該合金中鎂的質量分數(shù)為

 

．
（2）將鎂條在空氣中燃燒后的產物溶解在50mL 1.6mol/L的鹽酸中恰好完全反應，再加入過量NaOH把NH₃全部蒸發(fā)出來，經測定NH₃為0.102g，則鎂條在空氣中燃燒的產物及質量為

 

．
（3）Mg（HCO₃）₂溶液加熱分解，得到產品輕質碳酸鎂．18.2g輕質碳酸鎂樣品經高溫完全分解后得8.0g 氧化鎂固體，放出3.36L二氧化碳（標準狀況），求輕質碳酸鎂的化學式．
（4）氯離子插層的鎂鋁水滑石（Mg-Al-Cl LDHs）是一種新型的陰離子交換材料．其結構示意圖如圖所示（每一層可視作平面無限延伸結構）．該離子交換原理是將插層離子與其它陰離子進行等電荷交換．取鎂鋁水滑石10.66g與0.02mol Na₂CO₃發(fā)生完全交換，產物在高溫下完全分解，得到金屬氧化物和氣體．將金屬氧化物加入稀硝酸完全溶解后，再加入NaOH溶液直至過量，最終得到4.64g白色沉淀．求Mg-Al-Cl LDHs的化學式．

Answer 1

考點：有關混合物反應的計算

專題：計算題

分析：（1）發(fā)生反應：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，根據方程式計算Al的質量，進而計算Mg的質量，再計算合金中Mg的質量分數(shù)；
（2）Mg條在空氣中燃燒生成MgO與Mg₃N₂，根據氮原子守恒計算n（Mg₃N₂），進而計算m（Mg₃N₂），與鹽酸反應生成氯化鎂與氯化銨，根據氯離子守恒計算n（MgCl₂），再根據Mg原子守恒計算n（MgO），進而計算m（MgO）；
（3）18.2g輕質碳酸鎂樣品經高溫完全分解后得8.0g 氧化鎂固體，放出3.36L二氧化碳（標準狀況），二氧化碳的質量為

3.36L

22.4L/mol

×44g/mol=6.6g，而8g+6.6g=14.6g＜18.2g，故有水生成，則生成水的質量為18.2g-14.6g=3.6g，根據碳原子守恒計算n（CO₃^2-），根據Mg原子守恒計算n（Mg²⁺），根據電荷守恒判斷計算n（OH^-），再根據H元素守恒判斷計算n（H₂O），進而確定其化學式；
（4）氯離子插層的鎂鋁水滑石中氯離子與碳酸根離子交換，根據電荷守恒可以計算n（Cl^-）；完全交換產物在高溫下完全分解，得到金屬氧化物和氣體，應是氧化鎂、氧化鋁與二氧化碳，將金屬氧化物加入稀硝酸完全溶解后，再加入NaOH溶液直至過量，最終得到4.64g白色沉淀為Mg（OH）₂，據此計算n（Mg²⁺），由結構示意圖可知，Mg²⁺與Al³⁺的個數(shù)比為2：1，據此計算n（Al³⁺），再根據電荷守恒計算n（OH^-），根據質量守恒判斷計算n（H₂O），進而確定Mg-Al-Cl LDHs的化學式．

解答： 解：（1）氫氣的物質的量為

6.72L

22.4L/mol

=0.3mol，發(fā)生反應：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，可知Al的物質的量為0.3mol×

2

3

=0.2mol，Al的質量為0.2mol×27g/mol=5.4g，Mg的質量為10g-5.4g=4.6g，故合金中Mg的質量分數(shù)為

4.6g

10g

×100%=46%，故答案為：46%；
（2）Mg條在空氣中燃燒生成MgO與Mg₃N₂，根據氮原子守恒n（Mg₃N₂）=

1

2

n（NH₃）=

1

2

×

0.102g

17g/mol

=0.003mol，故m（Mg₃N₂）=0.003mol×100g/mol=0.3g，燃燒產物與鹽酸反應生成氯化鎂與氯化銨，根據氯離子守恒2n（MgCl₂）+n（NH₄Cl）=n（HCl），即2n（MgCl₂）+

0.102g

17g/mol

=0.05L×1.6mol/L，則n（MgCl₂）=0.037mol，根據Mg原子守恒n（MgO）+3n（Mg₃N₂）=n（MgCl₂），故n（MgO）=0.037mol-0.003mol×3=0.028mol，故m（MgO）=0.028mol×40g/mol=1.12g，
故答案為：MgO 1.12g；Mg₃N₂ 0.3g；
（3）18.2g輕質碳酸鎂樣品經高溫完全分解后得8.0g 氧化鎂固體，放出3.36L二氧化碳（標準狀況），二氧化碳的質量為

3.36L

22.4L/mol

×44g/mol=6.6g，而8g+6.6g=14.6g＜18.2g，故有水生成，則生成水的質量為18.2g-14.6g=3.6g，
放出CO₂的物質的量為

3.36L

22.4L/mol

=0.15 mol，則n（CO₃^2-）=0.15 mol，
由題意n（Mg²⁺）=n（MgO）=

8g

40g/mol

=0.2 mol，
由題意根據電荷守恒，得n（OH^-）=2n（Mg²⁺）-2n（CO₃^2-）=0.1mol，
則n（H₂O）=（18.2g-0.1mol×24g/mol-0.15mol×60g/mol-0.1mol╳17g/mol）÷18g/mol=0.15 mol，
故n（MgCO₃）：n[Mg（OH）₂]：n（H₂O）=0.15mol：（0.2mol-0.15mol）：0.15mol=3：1：3，
可得出晶體的化學式為3MgCO₃?Mg（OH）₂?3H₂O，
答：晶體的化學式為3MgCO₃?Mg（OH）₂?3H₂O；
（4）氯離子插層的鎂鋁水滑石中氯離子與碳酸根離子交換，根據電荷守恒n（Cl^-）=2n（CO₃^2-）=0.02mol×2=0.04mol，
完全交換產物在高溫下完全分解，得到金屬氧化物和氣體，應是氧化鎂、氧化鋁與二氧化碳，將金屬氧化物加入稀硝酸完全溶解后，再加入NaOH溶液直至過量，最終得到4.64g白色沉淀為Mg（OH）₂，則n（Mg²⁺）=n[Mg（OH）₂]=

4.64g

58g/mol

=0.08mol，
由結構示意圖可知，Mg²⁺與Al³⁺的個數(shù)比為2：1，n（Al³⁺）=

1

2

n（Mg²⁺）=0.04mol，
根據電荷守恒n（OH^-）=0.04mol×3+0.08mol×2-0.04mol×1=0.24mol，
根據質量守恒則n（H₂O）=（10.66g-0.04mol×27g/mol-0.08mol×24g/mol-0.04mol×35.5g/mol-0.24mol×17g/mol）÷18g/mol=0.12mol，
故n（Al³⁺）：n（Mg²⁺）：n（OH^-）：n（Cl^-）：n（H₂O）=0.04：0.08：0.24：0.04：0.12=1：2：6：1：3，
故鎂鋁水滑石的化學式為Mg₂Al（OH）₆Cl?3H₂O，
答：鎂鋁水滑石的化學式為Mg₂Al（OH）₆Cl?3H₂O．

點評：本題考查混合物計算，屬于拼合型題目，題目計算量大，綜合考查學生分析計算能力，難度較大．