Question

【題目】鎂是20世紀(jì)才發(fā)展起來的年輕金屬，廣泛應(yīng)用于航空、汽車、船舶、通訊電子和國防工業(yè)等。興趣小組同學(xué)對金屬鎂進(jìn)行了如下探究。

（一）有關(guān)金屬鎂的化學(xué)性質(zhì)探究

興趣小組同學(xué)根據(jù)金屬的化學(xué)性質(zhì)，知道金屬鎂能與O2、稀鹽酸和CuSO4溶液反應(yīng)，并設(shè)計了如下實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證（以下實(shí)驗(yàn)用鎂條、鎂條均已除去氧化膜）。

（1）興趣小組同學(xué)把鎂粉輕輕灑在酒精燈的火焰上，觀察到火焰上跳動閃爍著點(diǎn)點(diǎn)銀色火花，如綻放的美麗煙花。該反應(yīng)的化學(xué)方程式是_______________________。

（2）興趣小組同學(xué)探究鎂與稀鹽酸的反應(yīng)，除觀察到預(yù)期現(xiàn)象外，還觀察到有灰白色沉淀生成的“異�！爆F(xiàn)象。于是進(jìn)行了以下探究。

【實(shí)驗(yàn)1】向4份相同體積與濃度的稀鹽酸中分別加入一定長度的某種鎂帶，現(xiàn)象如下：

【實(shí)驗(yàn)結(jié)論1】據(jù)表分析，________________是實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)“異常”的因素之一。

【實(shí)驗(yàn)2】向4份相同體積與濃度的稀硫酸中分別加入一定長度的某種鎂帶，現(xiàn)象如下：

【實(shí)驗(yàn)結(jié)論2】對比實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2，______________是實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)“異�！钡囊蛩刂�一。

（3）興趣小組同學(xué)取一支試管，放入一根鎂條，加入一定量硫酸銅溶液，觀察到鎂條表面有少量氣泡產(chǎn)生，且有黑色物質(zhì)生成。同學(xué)們對此實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象感到意外和困惑，于是查閱到了相關(guān)資料：

資料1：硫酸銅溶液在配制時加入了少量稀硫酸；

資料2：當(dāng)金屬粉末顆粒很小時，容易成為黑色；

資料3：生成的黑色物質(zhì)可能是CuO、Cu中的一種或兩種。

①鎂條與硫酸銅溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的氣體可能為______________（寫化學(xué)式）。

②同學(xué)們進(jìn)一步設(shè)計實(shí)驗(yàn)確定黑色物質(zhì)的成分，請在下表中補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)方案。

實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	結(jié)論
將黑色物質(zhì)過濾、晾干后，分成兩份	/	/
將其中一份裝入硬質(zhì)玻璃管中，向其中通入CO后，加熱，并將生成的氣體通入澄清石灰水中	__________	黑色粉末中 含有CuO
將另一份置于坩堝中，稱其質(zhì)量為m1，在空氣中加熱一段時間后冷卻，稱其質(zhì)量為m2	m1______m2（填“＞”、“＜”或“＝”）	黑色粉末中 含有Cu

通過以上探究，興趣小組同學(xué)確定了黑色物質(zhì)為Cu和CuO兩種。

（二）有關(guān)鎂條表面灰黑色“外衣”組成的探究

【發(fā)現(xiàn)問題】鎂是一種銀白色有金屬光澤的金屬，但久置的鎂條總有一層灰黑色的“外衣”，這層灰黑色的“外衣”是什么物質(zhì)呢？

【查閱資料】

（1）灰黑色“外衣”的成分是堿式碳酸鎂晶體，化學(xué)式為：xMgCO3yMg(OH)2zH2O；

（2）Mg(OH)2：白色固體，難溶于水，受熱會分解生成兩種氧化物；

（3）MgCO3：白色固體，微溶于水，受熱會分解生成兩種氧化物；

（4）相同條件下，Mg(OH)2受熱分解的溫度比MgCO3分解的溫度更低。

【組成測定】為精確測量堿式碳酸鎂晶體的組成，興趣小組同學(xué)取4.66g該晶體用熱重分析儀對進(jìn)行加熱，使得各成份在不同溫度下逐個分解（加熱首先失去結(jié)晶水），測定剩余固體質(zhì)量與分解溫度之間關(guān)系（如下圖所示）。

請回答下列問題：

（1）晶體中結(jié)晶水的質(zhì)量為_______g。

（2）t4～t5段中，固體為_________（寫化學(xué)式）。

（3）t5～t6段反應(yīng)的化學(xué)方程式為________。

（4）根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計算xMgCO3yMg(OH)2zH2O中x：y：z =___________（填最簡比）。

Answer 1

【答案】 2Mg+O2====2MgO 鎂條的質(zhì)量（或長度） 酸的種類 H2 黑色粉末逐漸變紅，澄清石灰水變渾濁 m1＜m2 0.72g MgO、MgCO3 MgCO3 MgO+ CO2↑ x：y：z =4：1：4

【解析】（一）(1)鎂與氧氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Mg+O22MgO；(2)【實(shí)驗(yàn)結(jié)論1】據(jù)表分析，可知是因?yàn)殒V的質(zhì)量過多剩余導(dǎo)致沉淀出現(xiàn)；【實(shí)驗(yàn)結(jié)論2】對比實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2，可知在兩次實(shí)驗(yàn)中選擇了不同種酸；(3)①硫酸銅溶液在配制時加入了少量稀硫酸，加入鎂條會與硫酸反應(yīng)生成氫氣；②第二步實(shí)驗(yàn)結(jié)論是黑色粉末中含有CuO，將其中一份裝入硬質(zhì)玻璃管中，向其中通入CO后，加熱，并將生成的氣體通入澄清石灰水中后，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為：黑色粉末逐漸變紅，澄清石灰水變渾濁；黑色粉末中含有Cu，在空氣中加熱一段時間后會生成氧化銅，反應(yīng)后固體的質(zhì)量會增加；（二）(1)加熱首先失去結(jié)晶水，故晶體中結(jié)晶水的質(zhì)量為：4.66g-3.94g=0.72g；(2)相同條件下，Mg(OH)2受熱分解的溫度比MgCO3分解的溫度更低，而Mg(OH)2受熱分解生成MgO和水，故t4～t5段中，固體為MgO和MgCO3；(3)t5～t6段是MgCO3在分解，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：MgCO3MgO+ CO2↑；(4) t1～t2段減少結(jié)晶水的質(zhì)量為0.72g；t3～t4段是Mg(OH)2受熱分解生成水的質(zhì)量=3.94g-3.76g=0.18g，由Mg(OH)2H2O，可求出晶體中Mg(OH)2的質(zhì)量為0.58g；同理可求出晶體中MgCO3的質(zhì)量為3.36. g；則x：y：z=： ： =4：1：4。