Question

15．金屬鎂是一種重要的金屬．小明在做鎂帶燃燒實驗時，發現從實驗室中取出來的鎂條表面呈灰黑色，這灰黑色物質是什么呢？是氧化鎂嗎？小明想了一下，很快就把它否定了，他的理由是MgO為白色．小明通過查閱資料灰黑色固體為堿式碳酸鎂．
【查閱資料】1．堿式碳酸鎂有多種組成．如Mg₂（OH）₂CO₃、Mg₄（OH）₂（CO₃）₃、等，可以表示為xMgCO₃•yMg（OH）₂（x、y都是正整數）．
2．MgCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+CO₂ ↑；Mg（OH）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+H₂O    
3．堿式碳酸鎂能與鹽酸反應生成氯化鎂、二氧化碳和水．
Ⅰ．確定鎂帶表面堿式碳酸鎂的成分
小明同學為確定鎂帶表面堿式碳酸鎂的組成，設計如圖1所示的實驗：

圖中B處為兩個單向閥：推注射器時A₁關閉，A₂處打開；拉注射器時，A₁打開進空氣，A₂關閉．
【實驗步驟】
①按圖組裝好儀器后，檢查氣密性；
②稱取灰黑色樣品，并將其放入硬質玻璃管中；
③打開彈簧夾，反復推拉注射器；
④稱量E、F的質量，E的質量為87.6g，U型管F的質量為74.7g；
⑤關閉彈簧夾，加熱D處試管直到反應不再進行；
⑥打開彈簧夾，再次反復緩緩推拉注射器；
⑦再次稱量E、F的質量，E的質量為89.4g，U型管F的質量為87.9g．
【問題討論】
（1）補充好實驗步驟檢查氣密性，E中所裝藥品是濃硫酸；
（2）C、F、G中裝有堿石灰（CaO與NaOH的固體混合物），則C的作用是防止空氣中二氧化碳和水進入F，若沒有G裝置，則測定的x的值會偏大（填“偏大”、“偏小”、“無影響”）；
（3）步驟⑥目的是使產生的氣體全部進入EF；
（4）根據上述實驗數據，推算該堿式碳酸鎂的化學式為3MgCO₃．Mg（OH）₂．
Ⅱ．測定鎂帶樣品純度如圖2所示

【問題討論】
（5）裝置B的作用是除CO₂和HCl，裝置C的作用是檢驗二氧化碳是否除盡；
（6）稱取1.0g鎂帶樣品與足量濃鹽酸充分反應后，收集到的氫氣的體積為0.448L（已知該實驗條件下氫氣的密度為0.089g/L），計算鎂帶樣品純度（寫出計算過程）．
（7）有同學認為用這種方法測定的結果一定偏大，原因是滴加的鹽酸占一定體積．
（8）小江同學認為測定產物中CO₂的質量（即反應前后裝置②的質量差）也可測定樣品中單質鎂的純度．但利用上述實驗裝置測得CO₂的質量并計算樣品的純度，結果偏低，你認為原因可能是①②③．（填序號）
①濃鹽酸易揮發，產生的氯化氫氣體被裝置B吸收
②二氧化碳氣體逸出時帶出的水蒸氣在裝置B中冷凝而被吸收
③裝置A、B內空氣中的二氧化碳被裝置B吸收
④實驗結束時燒瓶中殘留二氧化碳
⑤氣體從氫氧化鈉溶液中逸出時帶走部分水蒸氣．

Answer 1

分析 根據氧化鎂是白色的解答；
Ⅰ．
（1）根據裝藥品前要檢驗裝置的氣密性解答；根據濃硫酸具有吸水性解答；
（2）根據二氧化碳和水蒸氣會對實驗數據產生影響分析；
（3）根據打開彈簧夾，再次反復緩緩推拉注射器，目的是使產生的氣體全部進入EF解答；
（4）根據E處濃H₂SO₄增重（89.4g-87.6g）=1.8g，所以m（H₂O）=1.8g，F處堿石灰增重（87.9g-74.7g）=13.2g，所以m（CO₂）=13.2g，利用反應的化學方程式解答；
Ⅱ．
（5）根據裝置B中濃氫氧化鈉溶液的作用是除去二氧化碳和氯化氫氣體進行解答；根據裝置C中澄清石灰水的作用是驗證二氧化碳是否被除盡進行解答；
（6）根據氫氣的體積以及密度求出氫氣的質量，利用氫氣的質量求出金屬鎂的質量即可；
（7）根據用這種方法測定的結果一定偏大，原因是滴加的鹽酸占一定體積解答；
（8）理論上可以根據生成二氧化碳的量求樣品純度，但是實際上難以通過實驗測得純凈的二氧化碳的質量，因為反應前后裝置B的質量差中還包括氯化氫和水蒸氣的質量；所以難以求解．

解答 解：氧化鎂是白色的，灰黑色物質不可能是氧化鎂；
Ⅰ．
（1）按圖組裝好儀器后，檢查氣密性，E中所裝藥品是濃硫酸，吸收堿式碳酸鎂生成的水；
（2）二氧化碳和水蒸氣會對實驗數據產生影響，所以G中裝置的作用是：吸收空氣中的二氧化碳和水蒸氣，防止空氣中二氧化碳和水進入F；若沒有G裝置，二氧化碳的質量變大，則測定的x的值會變大；
（3）打開彈簧夾，再次反復緩緩推拉注射器，目的是使產生的氣體全部進入EF；
（4）E處濃H₂SO₄增重（89.4g-87.6g）=1.8g，所以m（H₂O）=1.8g，F處堿石灰增重（87.9g-74.7g）=13.2g，所以m（CO₂）=13.2g，
Mg（OH）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+H₂O    
58                18
x                 1.8g
$\frac{58}{x}=\frac{18}{1.8g}$
x=5.8g
Mg（OH）₂ 的個數為：$\frac{5.8}{58}$=0.1
MgCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+CO₂ ↑
84            44
x             13.2g
$\frac{84}{x}=\frac{44}{13.2g}$
x=25.2g
MgCO₃ 的個數為：$\frac{25.2}{84}$=0.3
該堿式碳酸鎂的化學式為3MgCO₃．Mg（OH）₂
Ⅱ．
（5）裝置B中濃氫氧化鈉溶液的作用是除去二氧化碳和氯化氫氣體；裝置C中澄清石灰水的作用是驗證二氧化碳是否被除盡；
（6）氫氣的質量=0.448L×0.089g/L≈0.04g
設生成0.04g氫氣至少需要金屬鎂的質量為x
Mg+H₂SO₄═MgSO₄+H₂↑
24              2
x               0.04g
$\frac{24}{x}=\frac{2}{0.04g}$
x=0.48g
鎂帶樣品純度=$\frac{0.48g}{1g}×$100%=48%；
所以則稱取的樣品質量應大于0.48g；
（5）測得二氧化碳的體積偏大，原因可能有：濃鹽酸易揮發，產生的氯化氫氣體被裝置B吸收；二氧化碳氣體逸出時帶出的水蒸氣在裝置B中冷凝而被吸收；裝置A、B內空氣中的二氧化碳被裝置B吸收．
答案：
MgO為白色；
Ⅰ．確定鎂帶表面堿式碳酸鎂的成分
（1）檢查氣密性；  濃硫酸；
（2）防止空氣中二氧化碳和水進入F；變大；
（3）使產生的氣體全部進入EF；
（4）3MgCO₃．Mg（OH）₂
Ⅱ．測定鎂帶樣品純度
（5）除CO₂和HCl； 檢驗二氧化碳是否除盡；
（6）48%；
（7）滴加的鹽酸占一定體積；
（8）①②③．

點評 本題主要考查了學生對洗氣瓶的接口問題、CO₂ 與氫氧化鈉、氫氧化鈣反應的現象、用途的知識，同時鍛煉了學生的審題能力和綜合分析能力．