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(jié)晶水，其摩爾質(zhì)量為266.5g•mol^-）的組成和性質(zhì)，設(shè)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(xù)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(jié)構(gòu)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(xué)方程式為Mg₄Al₂•CO₃（OH）₁₂•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4MgO+Al₂O₃+CO₂↑+12H₂O↑，其能夠阻燃的原因是水滑石N分解時，釋放出二氧化碳?xì)怏w和水蒸氣起到了隔絕空氣的作用，同時受熱分解的殘余物氧化鎂和氧化鋁可隔絕空氣，從而起到了阻燃作用；
（3）固體1中的某種成分與Cl₂、焦炭在一定條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成一種鹽（可作凈水劑）和常見的氣體氧化物，寫出一個可能的化學(xué)反應(yīng)方程式Al₂O₃+3C+3Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2AlCl₃+3CO↑或2Al₂O₃+3C+6Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4AlCl₃+3CO₂↑，并設(shè)計實驗確定氣體產(chǎn)物的成分（假設(shè)Cl₂已反應(yīng)完全）：氣體產(chǎn)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(zhì)的量為：$\frac{26.65g}{266.5g/mol}$=0.1mol，根據(jù)反應(yīng)2RCl+Na₂CO₃=R₂CO₃+2NaCl可知，0.1mol水滑石M中含有氯離子的物質(zhì)的量為：0.05mol×2=0.1mol，即水滑石M的化學(xué)式中含有氯離子；根據(jù)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(jù)質(zhì)量守恒可知氣體乙應(yīng)該為CO₂，再結(jié)合與過量強氧化鈉反應(yīng)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(lián)系短周期元素可知白色沉淀3應(yīng)該為Mg（OH）₂；7.8g氫氧化鋁的物質(zhì)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(zhì)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(jù)電荷守恒可知水滑石M的化學(xué)式中還應(yīng)該含有氫氧根離子，數(shù)目為：$\frac{3×1+2×2-1}{1}$=6，根據(jù)質(zhì)量守恒，水滑石M中含有結(jié)晶水的數(shù)目為：$\frac{266.5-35.5-27-24×2-17×6}{18}$=3，則水滑石M的化學(xué)式為：Mg₂AlCl（OH）₆•3H₂O，水滑石M與碳酸鈉發(fā)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(jù)此進行解答．

解答 解：26.65g水滑石M的物質(zhì)的量為：$\frac{26.65g}{266.5g/mol}$=0.1mol，根據(jù)反應(yīng)2RCl+Na₂CO₃=R₂CO₃+2NaCl可知，0.1mol水滑石M中含有氯離子的物質(zhì)的量為：0.05mol×2=0.1mol，即水滑石M的化學(xué)式中含有氯離子；根據(jù)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(jù)質(zhì)量守恒可知氣體乙應(yīng)該為CO₂，再結(jié)合與過量強氧化鈉反應(yīng)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(lián)系短周期元素可知白色沉淀3應(yīng)該為Mg（OH）₂；7.8g氫氧化鋁的物質(zhì)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(zhì)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(jù)電荷守恒可知水滑石M的化學(xué)式中還應(yīng)該含有氫氧根離子，數(shù)目為：$\frac{3×1+2×2-1}{1}$=6，根據(jù)質(zhì)量守恒，水滑石M中含有結(jié)晶水的數(shù)目為：$\frac{266.5-35.5-27-24×2-17×6}{18}$=3，則水滑石M的化學(xué)式為：Mg₂AlCl（OH）₆•3H₂O，水滑石M與碳酸鈉發(fā)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?xì)怏w，二氧化碳分子中含有兩個碳氧雙鍵，其結(jié)構(gòu)式為：O=C=O，
故答案為：O=C=O；
（2）根據(jù)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(xué)方程式為：Mg₄Al₂•CO₃（OH）₁₂•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4MgO+Al₂O₃+CO₂↑+12H₂O↑，根據(jù)反應(yīng)可知，水滑石N分解時，釋放出二氧化碳?xì)怏w和水蒸氣起到了隔絕空氣的作用，同時受熱分解的殘余物氧化鎂和氧化鋁可隔絕空氣，從而起到了阻燃作用，
故答案為：MgO和Al₂O₃；Mg₄Al₂•CO₃（OH）₁₂•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4MgO+Al₂O₃+CO₂↑+12H₂O↑；水滑石N分解時，釋放出二氧化碳?xì)怏w和水蒸氣起到了隔絕空氣的作用，同時受熱分解的殘余物氧化鎂和氧化鋁可隔絕空氣，從而起到了阻燃作用；
（3）固體1中的某種成分與Cl₂、焦炭在一定條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成一種鹽（可作凈水劑）和常見的氣體氧化物，根據(jù)凈水劑可知固體1的組分為氧化鋁，生成的鹽為氯化鋁，氣體氧化物為一氧化碳或二氧化碳，則反應(yīng)的方程式為：Al₂O₃+3C+3Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2AlCl₃+3CO↑或2Al₂O₃+3C+6Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4AlCl₃+3CO₂↑；
根據(jù)反應(yīng)可知，氣體產(chǎn)物可能為CO或CO₂或二者的混合物，將生成氣體依次通過澄清石灰水、灼熱的CuO粉末，若溶液變渾濁，則X中存在CO₂，若黑色的CuO粉末變成紅色粉末，則X中存在CO，
故答案為：Al₂O₃+3C+3Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2AlCl₃+3CO↑或2Al₂O₃+3C+6Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4AlCl₃+3CO₂↑；氣體產(chǎn)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(zhì)實驗方案的設(shè)計與評價，題目難度中等，明確轉(zhuǎn)化關(guān)系及題中數(shù)據(jù)確定水滑石M和N的化學(xué)式為解答關(guān)鍵，注意掌握質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用，（3）中設(shè)計方案為難點，需要結(jié)合二氧化碳和一氧化碳的性質(zhì)分析，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實驗?zāi)芰Γ?/p>