Question

資料顯示：鎂與飽和碳酸氫鈉溶液反應產生大量氣體和白色不溶物．某同學設計了如下實驗方案并驗證產物、探究反應原理．
（1）提出假設
實驗1：用砂紙擦去鎂條表面的氧化膜，將其放入盛有適量滴有酚酞的飽和碳酸氫鈉溶液的試管中，迅速反應，產生大量氣泡和白色不溶物，溶液由淺紅變為紅．該同學對反應中產生的白色不溶物進行如下猜測：
猜測1：白色不溶物可能為______．
猜測2：白色不溶物可能為MgCO₃．
猜測3：白色不溶物可能是堿式碳酸鎂[xMgCO₃?yMg（OH）₂]．
（2）設計定性實驗確定產物并驗證猜測：

實驗序號	實驗	實驗現象	結論
實驗Ⅱ	將實驗Ⅰ中收集到的氣體點燃	能安靜燃燒、產生淡藍色火焰	①氣體成分為 ______
實驗Ⅲ	②取實驗Ⅰ中的白色不溶物，洗滌，加入足量______	③______	白色不溶物可能含有MgCO3
實驗Ⅳ	取實驗Ⅰ中的澄清液，向其中加入少量CaCl2稀溶液	產生白色沉淀	④溶液中存在 ______

（3）為進一步確定實驗1的產物，設計定量實驗方案，如圖所示：

稱取實驗1中所得干燥、純凈的白色不溶物22.6g，充分加熱至不再產生氣體為止，并使分解產生的氣體全部通入裝置A和B中．實驗后裝置A增重1.8g，裝置B增重8.8g，試確定白色不溶物的化學式：______．
（4）請結合化學用語和化學平衡移動原理解釋Mg和飽和NaHCO₃溶液反應產生大量氣泡和白色不溶物的原因：______．

Answer 1

解：（1）依據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，產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能生成一種無色氣體和一種白色不溶物；氣體安靜燃燒、產生淡藍色火焰，說明該氣體具有可燃性，再根據質量守恒定律反應前后元素種類不變，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；
依據實驗Ⅲ的推斷分析，加入一種試劑產生氣泡可知碳酸鹽與酸反應產生二氧化碳，所以加入的是酸，有氣泡產生，說明含有碳酸鎂；加入鹽酸沉淀碳酸鎂全部溶解；
依據實驗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；稀鹽酸；產生氣泡沉淀全部溶解；CO₃^2-；
（3）B中堿石灰質量的增加量就是生成的二氧化碳的質量，所以生成二氧化碳的質量為8.8g，設生成8.8g二氧化碳，需要碳酸鎂的質量為X則：
MgCO₃+2HCl═MgCl₂+H₂O+CO₂↑
84 44
X 8.8g
根據：=解得X=16.8g，所以含有氫氧化鎂質量為：22.6g-16.8g=5.8g；
碳酸鎂和氫氧化鎂物質的量之比為：：=0.2：0.1=2：1，白色不溶物的化學式為Mg（OH）₂（CO₃）₂或2MgCO₃?Mg（OH）₂，
故答案為：Mg（OH）₂（CO₃）₂或2MgCO₃?Mg（OH）₂ ；
（4）NaHCO₃溶液中存在平衡，HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-、H₂O?H⁺+OH^-；Mg和H⁺反應生成氫氣和鎂離子，鎂離子和氫氧根離子、碳酸根離子反應生成難溶物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⁺反應生成氫氣和鎂離子，鎂離子和氫氧根離子、碳酸根離子反應生成難溶物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行．
分析：（1）依據猜測可知白色不溶物可能是Mg（OH）₂ 或MgCO₃或Mg（OH）₂ ，MgCO₃；
（2）依據實驗Ⅱ的現象分析，鎂條和碳酸氫鈉溶液迅速反應，產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能生成一種無色氣體和一種白色不溶物；氣體安靜燃燒、產生淡藍色火焰，說明該氣體具有可燃性，再根據質量守恒定律反應前后元素種類不變分析出是氫氣；
依據實驗Ⅲ的推斷分析，加入一種試劑產生氣泡可知碳酸鹽與酸反應產生二氧化碳，所以加入的是酸，有氣泡產生，說明含有碳酸鎂；加入鹽酸沉淀碳酸鎂全部溶解；
依據實驗Ⅳ加入氯化鈣生成沉淀證明含有碳酸根離子；
（3）根據B中堿石灰質量的增加量就是生成的二氧化碳的質量，根據二氧化碳的質量計算出碳酸鎂的質量，剩余的就是氫氧化鎂的質量；
（4）依據碳酸氫鈉溶液中存在碳酸氫根離子電離和水的電離平衡，鎂和氫離子反應促進電離平衡正向進行，鎂離子和氫氧根離子和碳酸根離子形成沉淀分析．
點評：本題難度較大，考查全面，從定性和定量兩個方面測定物質的種類，關鍵在于知道碳酸根離子與酸反應能產生二氧化碳，鎂和氫離子反應生成氫氣，題目難度較大．