Question

9．某興趣小組同學從海水曬鹽后的鹽鹵中模擬工業生產來提取鎂，主要流程如圖1：

【問題討論】
（1）流程中的操作①需要用到的玻璃儀器是：玻璃棒、燒杯和漏斗．
（2）一系列操作②中包含蒸發濃縮、降溫結晶、過濾等．
（3）電解氯化鎂可以得到鎂和氯氣，該反應的化學方程式為：MgCl₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑，該變化過程是電能轉化為化學能．
（4）鎂的化學性質比較活潑，能在氮氣中燃燒生成氮化鎂，在氮化鎂中氮元素的化合價為-3，則氮化鎂的化學式為：Mg₃N₂．
【發現問題】鎂是一種銀白色有金屬光澤的金屬．但拿出的鎂條總是有一層灰黑色的“外衣“，這層灰黑色的外衣是什么物質呢？
【查閱資料】（1）Mg（OH）₂：白色固體，難溶于水，受熱會分解成氧化鎂和水；
（2）MgCO₃：白色固體，微溶于水，受熱會分解成氧化鎂和二氧化碳；
（3）MgCO₃的熱穩定性比Mg（OH）₂的熱穩定性更強．
【提出猜想】
小組同學認為該固體不可能是MgO、Mg（OH）₂或MgCO₃，他們的理由是MgO、Mg（OH）₂或MgCO₃均為白色固體，鎂條外面是灰黑色；
小組同學由銅生銹會產生Cu₂（OH）₂CO₃聯想到灰黑色的物質可能是Mg₂（OH）₂CO₃．
【實驗分析】
按圖2所示裝置進行實驗，發現試管口有液滴出現，說明反應產生了水；澄清石灰水變渾濁（變渾濁
的化學方程式為CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O）；同時灰黑色固體完全變為白色．若灰黑色固體是Mg₂（OH）₂CO₃，請寫出Mg₂（OH）₂CO₃受熱分解的化學方程式Mg₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MgO+H₂O+CO₂↑．
【組成測定】
工業生產中得到的堿式碳酸鎂晶體是xMgCO₃•yMg（OH）₂•zH₂O，為精確測量晶體的組成，小組同學取4.66g該晶體，用熱分析儀對固體進行熱分解（加熱使之逐步分解，首先失去結晶水，最后完全反應），測定剩余固體質量與分解溫度之間關系．
【數據處理】剩余固體質量與加熱時間關系如圖3所示：
請回答下列問題：
（1）0～t₁固體質量沒有發生變化的原因可能是溫度沒有達到晶體分解所需的最低溫度．

（2）晶體中結晶水的質量為0.72gg．
（3）t₄～t₅段固體為MgCO₃和MgO（寫化學式）．
（4）根據圖中數據推算xMgCO₃•yMg（OH）₂•zH₂O中x：y：z的最簡比=4：1：4．

Answer 1

分析 【問題討論】
（1）根據過濾的原理分析；
（2）根據結晶的方法分析；
（3）根據反應物、生成物、反應的條件，化學方程式的配平方法書寫化學方程式，根據反應前后能量的轉化分析；
【提出猜想】
根據固體的顏色分析；
【實驗分析】
根據實驗現象判斷生成物；根據二氧化碳使澄清的石灰水變渾濁的反應原理書寫方程式；根據反應現象判斷生成物，書寫化學方程式；
【數據處理】根據在加熱到t₁時堿式碳酸鎂晶體開始分解，t₁～t₂時間段和t₃～t₄時間段該固體的質量變化比較少，而t₅～t₆時間段固體質量變化較大，原因是t₁～t₂時間段堿式碳酸鎂晶體脫去水，t₃～t₄時間段Mg（OH）₂分解為氧化鎂和水，在t₅～t₆時間段溫度較高，MgCO₃開始分解，質量變化較大進行解答．
根據生成水的質量為：4.66g-3.94g=0.72g，堿式碳酸鎂的相對分子質量為：84x+58y+18z，以及鎂、碳、氫元素的質量進行解答．

解答 解：【問題討論】
（1）流程中的操作①是過濾需要用到的玻璃儀器是：玻璃棒、燒杯和漏斗；
（2）一系列操作②中包含蒸發濃縮、降溫結晶、過濾等；
（3）電解氯化鎂可以得到鎂和氯氣，據題目信息，該反應的化學方程式為：MgCl₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑，該變化過程是電能轉化為化學能；
（4）在氮化鎂中氮元素的化合價為-3，鎂元素的化合價為+2價，則氮化鎂的化學式為：Mg₃N₂；
【提出猜想】
小組同學認為該固體不可能是MgO、Mg（OH）₂或MgCO₃，他們的理由是 MgO、Mg（OH）₂或MgCO₃均為白色固體，鎂條外面是灰黑色；
【實驗分析】
按圖2所示裝置進行實驗，發現試管口有液滴出現，說明反應產生了 水；澄清石灰水變渾濁是因為二氧化碳與氫氧化鈣反應生成了碳酸鈣沉淀的緣故，反應的化學方程式為 CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O）；據題目中的信息，Mg₂（OH）₂CO₃受熱分解的化學方程式為 Mg₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MgO+H₂O+CO₂↑．
【數據處理】
（1）0～t₁固體質量沒有發生變化的原因可能是 溫度沒有達到晶體分解所需的最低溫度．
（2）生成水的質量為：4.66g-3.94g=0.72g，故晶體中結晶水的質量為 0.72g．
（3）t₄～t₅Mg（OH）₂分解已為氧化鎂和水，但MgCO₃還未分解，故t₄～t₅段固體為 MgCO₃和MgO堿式碳酸鎂的相對分子質量為：84x+58y+18z，
（4）鎂元素的質量為：2.00g×$\frac{24}{40}$×100%=1.2g，
碳元素的質量為：1.76g×$\frac{12}{44}$×100%=0.48g，
氫元素的質量為：0.9g×$\frac{2}{18}$×100%=0.1g，
則有：4.66g×$\frac{（x+y）+24}{84x+58y+14z}$×100%=1.2g，
4.66g×$\frac{12x}{84x+58y+18z}$×100%=0.48g，
4.66g×$\frac{2z}{84x+58y+18z}$×100%=0.1g，
解得：x=4，y=1，z=4，
【數據處理】
（1）溫度沒有達到晶體分解所需的最低溫度  （2）0.72g  （3）MgCO₃  （4）4：1：4
故答案為：【問題討論】（1）漏斗；（2）降溫結晶；（3）MgCl₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑、電；（4）Mg₃N₂；【提出猜想】MgO、Mg（OH）₂或MgCO₃均為白色固體，鎂條外面是灰黑色；
【實驗分析】水、CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O、Mg₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MgO+H₂O+CO₂↑；
【數據處理】
（1）溫度沒有達到晶體分解所需的最低溫度；（2）0.72g；（3）MgCO₃； （4）4：1：4．

點評 本考點屬于鹽的性質中實驗方法和過程的探究，根據物質的化學性質，要認真分析，不僅要把握實驗設計的每一個步驟中的實驗目的，還要加強記憶除去常用離子的方法，從而突破難點．有關的計算要準確，本考點經常出現在實驗題中．