Question

資料顯示：鎂與飽和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)產(chǎn)生大量氣體并生成白色不溶物
（1）提出假設(shè)
猜想①：白色不溶物可能為

 

猜想②：白色不溶物可能為MgCO₃
猜想③：白色不溶物可能是堿式碳酸鎂[xMgCO₃?yMg（OH）₂]
（2）定性實(shí)驗

實(shí)驗序號	實(shí)驗	實(shí)驗現(xiàn)象	結(jié)論
實(shí)驗Ⅰ	取一小段鎂條，用砂紙擦去表面氧化膜，將其放入含有酚酞的飽和碳酸氫鈉溶液中，過濾	產(chǎn)生大量氣泡和白色不溶物，溶液有淺紅色變成紅色
實(shí)驗Ⅱ	將實(shí)驗Ⅰ中收集到的氣體點(diǎn)燃	能安靜的燃燒，產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰	①氣體成分為
實(shí)驗Ⅲ	取實(shí)驗Ⅰ中白色不溶物，洗滌，加入足量稀鹽酸	②	白色不溶物中含有 MgCO3
實(shí)驗Ⅳ	③	產(chǎn)生白色沉淀	溶液中存在CO32-

（3）定量實(shí)驗：
稱取實(shí)驗I中所得干燥、純凈的白色不溶物14.2g，充分加熱至不在產(chǎn)生氣體為止，并使分解產(chǎn)生的氣體全部通入如圖裝置中：
①實(shí)驗測得裝置A增重1.8g，裝置B增重4.4g，則白色不溶物的化學(xué)式為

 

②裝置C的作用為

 

，若移除裝置C會導(dǎo)致

x

y

的值

 

（填“偏大”、“偏小”或“不變”
（4）探究原理
①請結(jié)合化學(xué)用語和化學(xué)平衡移動原理解釋Mg與飽和NaHC0₃溶液反應(yīng)產(chǎn)生大量氣泡和白色不溶物的原因：

 

②25℃時，測得Mg與飽和NaHC0₃溶液反應(yīng)所得混合體系的pH為10，則該體系中c（CO₃^2-）為（已知25℃時K_sp（MgCO₃）═6.8×10^-6，K_sp[Mg（OH）₂]═1.8×10^-11）

Answer 1

考點(diǎn)：性質(zhì)實(shí)驗方案的設(shè)計

專題：實(shí)驗設(shè)計題

分析：（1）依據(jù)猜測可知白色不溶物可能是Mg（OH）₂ 或MgCO₃或Mg（OH）₂ 、MgCO₃；
（2）依據(jù)實(shí)驗Ⅱ的現(xiàn)象分析，鎂條和碳酸氫鈉溶液迅速反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣泡和白色不溶物，可以說明鎂與飽和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)能生成一種無色氣體和一種白色不溶物；氣體安靜燃燒、產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰，說明該氣體具有可燃性，再根據(jù)質(zhì)量守恒定律反應(yīng)前后元素種類不變分析出是氫氣；
依據(jù)實(shí)驗Ⅲ的推斷分析，加入一種試劑產(chǎn)生氣泡可知碳酸鹽與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳，有氣泡產(chǎn)生，說明含有碳酸鎂；加入鹽酸沉淀碳酸鎂全部溶解；
依據(jù)實(shí)驗Ⅳ加入氯化鈣生成沉淀證明含有碳酸根離子；
（3）①根據(jù)B中堿石灰質(zhì)量的增加量就是生成的二氧化碳的質(zhì)量，根據(jù)二氧化碳的質(zhì)量計算出碳酸鎂的質(zhì)量，剩余的就是氫氧化鎂的質(zhì)量；
②B中堿石灰可以吸收水以及二氧化碳，根據(jù)實(shí)驗原理來回答判斷；
（4）①依據(jù)碳酸氫鈉溶液中存在碳酸氫根離子電離和水的電離平衡，鎂和氫離子反應(yīng)促進(jìn)電離平衡正向進(jìn)行，鎂離子和氫氧根離子和碳酸根離子形成沉淀分析；
②根據(jù)溶度積表達(dá)式K_sp=[Mg²⁺][CO₃^2-]、K_sp=[Mg²⁺][OH^-]²進(jìn)行計算．

解答： 解：（1）依據(jù)猜測可知白色不溶物可能是Mg（OH）₂ 或MgCO₃或Mg（OH）₂ 、MgCO₃，故答案為：Mg（OH）₂ ；
（2）迅速反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣泡和白色不溶物，可以說明鎂與飽和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)能生成一種無色氣體和一種白色不溶物；氣體安靜燃燒、產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰，說明該氣體具有可燃性，再根據(jù)質(zhì)量守恒定律反應(yīng)前后元素種類不變，該氣體可能是氫氣或一氧化碳，如果測定是一氧化碳時，燃燒后需要用到澄清石灰水，所以該氣體是氫氣；
依據(jù)實(shí)驗Ⅲ的推斷分析，加入一種試劑產(chǎn)生氣泡可知碳酸鹽與酸反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳，所以加入的是酸，有氣泡產(chǎn)生，說明含有碳酸鎂；加入鹽酸沉淀碳酸鎂全部溶解；依據(jù)實(shí)驗Ⅳ加入氯化鈣生成沉淀證明含有碳酸根離子，
故答案為：氫氣；產(chǎn)生氣泡沉淀全部溶解；取實(shí)驗Ⅰ的澄清溶液，加入氯化鈣溶液；
（3）①B中堿石灰質(zhì)量的增加量就是生成的二氧化碳的質(zhì)量，所以生成二氧化碳的質(zhì)量為4.4g，設(shè)生成4.4g二氧化碳，需要碳酸鎂的質(zhì)量為X則：
MgCO₃═MgO+CO₂↑
84           44
X           4.4

84

X

=

44

4.4

，解得X=8.4g，所以含有氫氧化鎂質(zhì)量為：14.2g-8.4g=5.8g；
碳酸鎂和氫氧化鎂物質(zhì)的量之比為：

8.4g

84g/mol

：

5.8g

58g/mol

=0.1：0.1=2：1，白色不溶物的化學(xué)式為MgCO₃?Mg（OH）₂，
故答案為：Mg₂（OH）₂CO₃ ；
②裝置C的作用為防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進(jìn)入裝置B引起實(shí)驗誤差，若移除裝置C，則B的質(zhì)量增加值會偏大，則會導(dǎo)致

x

y

的值偏大，故答案為：防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進(jìn)入裝置B引起實(shí)驗誤差；偏大；
（4）①NaHCO₃溶液中存在平衡，HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-、H₂O?H⁺+OH^-；Mg和H⁺反應(yīng)生成氫氣和鎂離子，鎂離子和氫氧根離子、碳酸根離子反應(yīng)生成難溶物Mg（OH）₂?2MgCO₃，則H⁺、OH^-、CO₃^2-的濃度均減小，促使上述兩平衡均向右進(jìn)行，
故答案為：NaHCO₃溶液中存在平衡，HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-、H₂O?H⁺+OH^-；Mg和H⁺反應(yīng)生成氫氣和鎂離子，鎂離子和氫氧根離子、碳酸根離子反應(yīng)生成難溶物Mg（OH）₂?2MgCO₃，則H⁺、OH^-、CO₃^2-的濃度均減小，促使上述兩平衡均向右進(jìn)行；
②根據(jù)溶度積表達(dá)式K_sp=[Mg²⁺][OH^-]²得[Mg²⁺]=

1.8×10-11

10-8

=1.8×10^-3mol?L^-1，根據(jù)K_sp=[Mg²⁺][CO₃^2-]，故該體系中c（CO₃^2-）為

6.8×10-6

1.8×10-3

=3.8×10^-3mol?L^-1，故答案為：3.8×10^-3mol?L^-1．

點(diǎn)評：本題難度較大，考查全面，從定性和定量兩個方面測定物質(zhì)的種類，關(guān)鍵在于知道碳酸根離子與酸反應(yīng)能產(chǎn)生二氧化碳，鎂和氫離子反應(yīng)生成氫氣，題目難度較大．