Question

12．以下是甲、乙兩同學對有關鎂與鹽酸反應的系列研究
研究一：鎂與鹽酸反應過程中的能量變化以及反應速率的變化：
（1）反應中試管外壁發(fā)燙，說明鎂與稀鹽酸反應是放熱反應（填“吸熱”或“放熱”）．
（2）實驗測得鎂片產(chǎn)生氣體的速率（v）與時間（t）的關系如圖1所示，則t₁～t₂時間內(nèi)反應速率逐漸加快的主要原因是鎂與鹽酸反應放熱，溫度越高反應速度越快．
研究二：反應后所得溶液的酸堿性探究：
【發(fā)現(xiàn)問題】
（1）反應后甲同學用pH試紙測定試管中溶液的酸堿性，發(fā)現(xiàn)pH小于7，說明甲同學所得溶液呈酸性（選填“酸”“堿”或“中”）．
（2）反應后乙同學的試管中鎂條有剩余，向試液中滴入兩滴酚酞溶液，振蕩顯紅色，說明乙同學所得溶液呈堿性．對此現(xiàn)象，乙同學重復如上實驗，得到同樣結果．
【提出猜想】
甲同學：猜想Ⅰ：稀鹽酸過量，使溶液pH小于7；猜想Ⅱ：氯化鎂溶液pH小于7．
乙同學：猜想Ⅰ：氯化鎂溶液使酚酞變紅色； 猜想Ⅱ：鎂與熱水反應使酚酞變紅色．
【實驗與思考】
為驗證猜想，甲、乙兩同學均需測定氯化鎂溶液的酸堿性，實驗表明該溶液顯弱酸性．
乙同學為完成猜想Ⅱ，在滴有兩滴酚酞的熱水中放入一段打磨過的鎂條，觀察到溶液很快變?yōu)榧t色，同時還觀察到鎂條表面有氣體生成，收集并點燃該氣體，發(fā)現(xiàn)能燃燒，請根據(jù)實驗現(xiàn)象寫出鎂與水反應的化學反應方程式Mg+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂+H₂↑
【結論】
鎂與稀鹽酸反應，鎂反應完全后所得溶液顯酸性；
鎂與稀鹽酸反應，鎂過量時所得溶液顯堿性．
【拓展與延伸】
（1）金屬氯化物的水溶液可能顯中性或弱酸性，與金屬的活動性順序有關，如氯化鈉溶液顯中性，氯化鎂溶液顯弱酸性，氯化鉀溶液顯中性．
（2）活潑金屬能與水在一定條件下反應．實驗發(fā)現(xiàn)鈉與冷水劇烈反應，產(chǎn)生大量的氣體．由此可見金屬與水反應與金屬的活動性順序有關（填“有關”或“無關”）．
研究三：金屬活動性強弱與原子結構的關系：
圖2為鎂原子、鈣原子和鋇原子結構示意圖，據(jù)此推測，這三種金屬的活動性最強的是鋇．

研究四：確定鎂條的成分：
稱取3.2g表面被氧化的鎂條，放入100g稀鹽酸中恰好完全反應，生成氣體0.2g．求：（寫出計算過程）
①此鎂條中金屬鎂的質量．
②反應后所得溶液中溶質的質量分數(shù)．（提示：鎂條表面的氧化物是氧化鎂，也會與稀鹽酸反應生成氯化鎂．計算結果保留一位小數(shù)）

Answer 1

分析 研究一、
（1）反應中試管外壁發(fā)燙，說明是放熱反應
（2）根據(jù)溫度的變化分析反應速度的問題
研究二、
發(fā)現(xiàn)問題：依據(jù)酸堿性溶液pH的大小進行分析判斷；
實驗思考：根據(jù)甲乙同學的不同猜想分析兩人必做的實驗操作，根據(jù)反應的現(xiàn)象結合質量守恒定律的有關應用對化學方程式進行書寫即可；
拓展延伸：（1）依據(jù)題目中有關的信息對相關物質的溶液酸堿性進行判斷即可；
（2）根據(jù)活潑金屬與水反應的條件分析即可；
研究三、根據(jù)鈉鎂活動性強弱的關系分析三種金屬中活動性最強的物質即可．

解答 解：研究一、
（1）反應中試管外壁發(fā)燙，說明是放熱反應
（2）化學反應速率與溫度有關，溫度越高，化學反應速率越快，t₁～t₂時間內(nèi)，鎂與鹽酸反應放熱，溫度越高反應速度越快
研究二、
發(fā)現(xiàn)問題：依據(jù)酸堿性溶液pH的大小進行分析判斷；
（1）pH小于7的溶液呈酸性，所以該溶液顯酸性；
實驗思考：要確定反應后溶液的酸堿性，因溶液中均含有氯化鎂，因此甲乙兩同學都必須測氯化鎂溶液的酸堿性，在滴有兩滴酚酞的熱水中放入一段打磨過的鎂條，觀察到溶液很快變?yōu)榧t色，說明生成了堿性物質，同時還觀察到鎂條表面有氣體生成，收集并點燃該氣體，發(fā)現(xiàn)能燃燒說明生成了可燃性氣體，根據(jù)質量守恒定律中反應前后元素的種類不變，可知該反應的產(chǎn)物是氫氧化鎂和氫氣，其方程式為：Mg+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂+H₂↑；
拓展延伸：（1）氯化鈉溶液顯中性，氯化鎂溶液顯弱酸性，鉀的活動性比鈉要強，所以氯化鉀的溶液呈中性；
（2）依據(jù)鈉與水反應不需要加熱，而鎂與水反應需要加熱可知：金屬與水的反應與金屬活動性順序有關．
研究三、從粒子結構示意圖分析可知三種金屬元素的最外層電子數(shù)均為2，由所學可知鈣的活動性強于鎂，從而說明最外層電子數(shù)相同時，電子層數(shù)越多其活動性越強，故可判斷三種金屬中鋇的活動性最強．
研究四：設鎂的質量為x，鎂與鹽酸反應生成氯化鎂的質量為y
  Mg+2HCl═MgCl₂+H₂↑
   24     95     2
   x       y    0.2g
$\frac{24}{x}$=$\frac{95}{y}$=$\frac{2}{0.2g}$
  x=2.4g     y=9.5g
氧化鎂的質量為3.2g-2.4g=0.8g
設氧化鎂與鹽酸反應生成氯化鎂的質量為Z
MgO+2HCl═MgCl₂+H₂O
40         95
0.8g       z
$\frac{40}{95}$=$\frac{0.8g}{z}$
 z=1.9g
所得溶液的溶質質量分數(shù)=$\frac{9.5g+1.9g}{3.2g+100g-0.2g}$×100%=11.1%
答：（1）鎂的質量為2.4g，（2）所得溶液的溶質質量分數(shù)為11.1%
故答案為：研究一、
（1）放熱
（2）鎂與鹽酸反應放熱，溫度越高反應速度越快；
研究二、
發(fā)現(xiàn)問題：（1）酸；
實驗思考、氯化鎂；Mg+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂+H₂↑；
拓展延伸、（1）中；（2）有關；
研究三、鋇．
研究四：（1）2.4g（2）11.1%

點評 此題是一道實驗探究與計算相結合的題目，解題的關鍵是分析實驗的過程，并結合題中所給的信息結合所學相關知識對問題進行探討與分析．