Question

2．水滑石是一類重要的阻燃劑．某研究小組為了探究一種水滑石M（僅含五種常見短周期元素，帶結晶水，其摩爾質量為266.5g•mol^-）的組成和性質，設計并完成如下實驗：

取26.65g水滑石M與含0.05mol Na₂CO₃的溶液恰好完全離子交換后進行后續實驗，得到7.8g白色沉淀2和11.6g白色沉淀3．
已知：（1）離子交換原理為：2RCl+Na₂CO₃=R₂CO₃+2NaCl；
（2）氣體甲常溫常壓下為無色無味液體．
回答下列問題：
（1）寫出氣體乙的結構式O=C=O；
（2）固體1的成分是MgO和Al₂O₃，在惰性氣流中加熱水滑石N至完全分解的化學方程式為Mg₄Al₂•CO₃（OH）₁₂•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4MgO+Al₂O₃+CO₂↑+12H₂O↑，其能夠阻燃的原因是水滑石N分解時，釋放出二氧化碳氣體和水蒸氣起到了隔絕空氣的作用，同時受熱分解的殘余物氧化鎂和氧化鋁可隔絕空氣，從而起到了阻燃作用；
（3）固體1中的某種成分與Cl₂、焦炭在一定條件下發生氧化還原反應，生成一種鹽（可作凈水劑）和常見的氣體氧化物，寫出一個可能的化學反應方程式Al₂O₃+3C+3Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2AlCl₃+3CO↑或2Al₂O₃+3C+6Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4AlCl₃+3CO₂↑，并設計實驗確定氣體產物的成分（假設Cl₂已反應完全）：氣體產物可能為CO或CO₂或二者的混合物，將生成氣體依次通過澄清石灰水、灼熱的CuO粉末，若溶液變渾濁，則X中存在CO₂，若黑色的CuO粉末變成紅色粉末，則X中存在CO．

Answer 1

分析 26.65g水滑石M的物質的量為：$\frac{26.65g}{266.5g/mol}$=0.1mol，根據反應2RCl+Na₂CO₃=R₂CO₃+2NaCl可知，0.1mol水滑石M中含有氯離子的物質的量為：0.05mol×2=0.1mol，即水滑石M的化學式中含有氯離子；根據圖示，水滑石N隔絕空氣加熱生成氣體甲和氣體乙及固體1，已知氣體甲常溫常壓下為無色無味液體，則氣體甲為H₂O，根據質量守恒可知氣體乙應該為CO₂，再結合與過量強氧化鈉反應后的溶液中加入氣體乙可生成白色沉淀2可知，氣體乙為CO₂，白色沉淀2為Al（OH）₃；則固體1為金屬的氧化物，用鹽酸溶解后的溶液中加入過量NaOH生成白色沉淀3，聯系短周期元素可知白色沉淀3應該為Mg（OH）₂；7.8g氫氧化鋁的物質的量為：$\frac{7.8g}{78g/mol}$=0.1mol，則水滑石M中含有1個鋁離子；11.6g氫氧化鎂的物質的量為：$\frac{11.6g}{58g/mol}$=0.2mol，則水滑石M中含有2個鎂離子，根據電荷守恒可知水滑石M的化學式中還應該含有氫氧根離子，數目為：$\frac{3×1+2×2-1}{1}$=6，根據質量守恒，水滑石M中含有結晶水的數目為：$\frac{266.5-35.5-27-24×2-17×6}{18}$=3，則水滑石M的化學式為：Mg₂AlCl（OH）₆•3H₂O，水滑石M與碳酸鈉發生離子交換后生成的水滑石N為：Mg₂Al•$\frac{1}{2}$（CO₃）•（OH）₆•3H₂O，即：Mg₄Al₂•CO₃（OH）₁₂•6H₂O；固體1則為氧化鎂和氧化鋁的混合物，據此進行解答．

解答 解：26.65g水滑石M的物質的量為：$\frac{26.65g}{266.5g/mol}$=0.1mol，根據反應2RCl+Na₂CO₃=R₂CO₃+2NaCl可知，0.1mol水滑石M中含有氯離子的物質的量為：0.05mol×2=0.1mol，即水滑石M的化學式中含有氯離子；根據圖示，水滑石N隔絕空氣加熱生成氣體甲和氣體乙及固體1，已知氣體甲常溫常壓下為無色無味液體，則氣體甲為H₂O，根據質量守恒可知氣體乙應該為CO₂，再結合與過量強氧化鈉反應后的溶液中加入氣體乙可生成白色沉淀2可知，氣體乙為CO₂，白色沉淀2為Al（OH）₃；則固體1為金屬的氧化物，用鹽酸溶解后的溶液中加入過量NaOH生成白色沉淀3，聯系短周期元素可知白色沉淀3應該為Mg（OH）₂；7.8g氫氧化鋁的物質的量為：$\frac{7.8g}{78g/mol}$=0.1mol，則水滑石M中含有1個鋁離子；11.6g氫氧化鎂的物質的量為：$\frac{11.6g}{58g/mol}$=0.2mol，則水滑石M中含有2個鎂離子，根據電荷守恒可知水滑石M的化學式中還應該含有氫氧根離子，數目為：$\frac{3×1+2×2-1}{1}$=6，根據質量守恒，水滑石M中含有結晶水的數目為：$\frac{266.5-35.5-27-24×2-17×6}{18}$=3，則水滑石M的化學式為：Mg₂AlCl（OH）₆•3H₂O，水滑石M與碳酸鈉發生離子交換后生成的水滑石N為：Mg₂Al•$\frac{1}{2}$（CO₃）•（OH）₆•3H₂O，即：Mg₄Al₂•CO₃（OH）₁₂•6H₂O，
（1）氣體乙為二氧化碳氣體，二氧化碳分子中含有兩個碳氧雙鍵，其結構式為：O=C=O，
故答案為：O=C=O；
（2）根據分析可知，固體1為MgO和Al₂O₃的混合物；
在惰性氣流中加熱水滑石N至完全分解的化學方程式為：Mg₄Al₂•CO₃（OH）₁₂•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4MgO+Al₂O₃+CO₂↑+12H₂O↑，根據反應可知，水滑石N分解時，釋放出二氧化碳氣體和水蒸氣起到了隔絕空氣的作用，同時受熱分解的殘余物氧化鎂和氧化鋁可隔絕空氣，從而起到了阻燃作用，
故答案為：MgO和Al₂O₃；Mg₄Al₂•CO₃（OH）₁₂•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4MgO+Al₂O₃+CO₂↑+12H₂O↑；水滑石N分解時，釋放出二氧化碳氣體和水蒸氣起到了隔絕空氣的作用，同時受熱分解的殘余物氧化鎂和氧化鋁可隔絕空氣，從而起到了阻燃作用；
（3）固體1中的某種成分與Cl₂、焦炭在一定條件下發生氧化還原反應，生成一種鹽（可作凈水劑）和常見的氣體氧化物，根據凈水劑可知固體1的組分為氧化鋁，生成的鹽為氯化鋁，氣體氧化物為一氧化碳或二氧化碳，則反應的方程式為：Al₂O₃+3C+3Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2AlCl₃+3CO↑或2Al₂O₃+3C+6Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4AlCl₃+3CO₂↑；
根據反應可知，氣體產物可能為CO或CO₂或二者的混合物，將生成氣體依次通過澄清石灰水、灼熱的CuO粉末，若溶液變渾濁，則X中存在CO₂，若黑色的CuO粉末變成紅色粉末，則X中存在CO，
故答案為：Al₂O₃+3C+3Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2AlCl₃+3CO↑或2Al₂O₃+3C+6Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4AlCl₃+3CO₂↑；氣體產物可能為CO或CO₂或二者的混合物，將生成氣體依次通過澄清石灰水、灼熱的CuO粉末，若溶液變渾濁，則X中存在CO₂，若黑色的CuO粉末變成紅色粉末，則X中存在CO．

點評 本題考查了性質實驗方案的設計與評價，題目難度中等，明確轉化關系及題中數據確定水滑石M和N的化學式為解答關鍵，注意掌握質量守恒定律的應用，（3）中設計方案為難點，需要結合二氧化碳和一氧化碳的性質分析，試題培養了學生的分析、理解能力及化學實驗能力．