Question

【題目】鎂是20世紀才發展起來的年輕金屬，廣泛應用于航空、汽車、船舶、通訊電子和國防工業等。興趣小組同學對金屬鎂進行了如下探究。

（一）有關金屬鎂的化學性質探究

興趣小組同學根據金屬的化學性質，知道金屬鎂能與O2、稀鹽酸和CuSO4溶液反應，并設計了如下實驗進行驗證（以下實驗用鎂條、鎂條均已除去氧化膜）。

（1）興趣小組同學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點銀色火花，如綻放的美麗煙花。該反應的化學方程式是_______________________。

（2）興趣小組同學探究鎂與稀鹽酸的反應，除觀察到預期現象外，還觀察到有灰白色沉淀生成的“異常”現象。于是進行了以下探究。

【實驗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，現象如下：

【實驗結論1】據表分析，________________是實驗出現“異常”的因素之一。

【實驗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，現象如下：

【實驗結論2】對比實驗1和實驗2，______________是實驗出現“異常”的因素之一。

（3）興趣小組同學取一支試管，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生，且有黑色物質生成。同學們對此實驗的現象感到意外和困惑，于是查閱到了相關資料：

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：生成的黑色物質可能是CuO、Cu中的一種或兩種。

①鎂條與硫酸銅溶液反應的實驗中產生的氣體可能為______________（寫化學式）。

②同學們進一步設計實驗確定黑色物質的成分，請在下表中補全實驗方案。

實驗操作	實驗現象	結論
將黑色物質過濾、晾干后，分成兩份	/	/
將其中一份裝入硬質玻璃管中，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，稱其質量為m1，在空氣中加熱一段時間后冷卻，稱其質量為m2	m1______m2（填“＞”、“＜”或“＝”）	黑色粉末中 含有Cu

通過以上探究，興趣小組同學確定了黑色物質為Cu和CuO兩種。

（二）有關鎂條表面灰黑色“外衣”組成的探究

【發現問題】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”是什么物質呢？

【查閱資料】

（1）灰黑色“外衣”的成分是堿式碳酸鎂晶體，化學式為：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，興趣小組同學取4.66g該晶體用熱重分析儀對進行加熱，使得各成份在不同溫度下逐個分解（加熱首先失去結晶水），測定剩余固體質量與分解溫度之間關系（如下圖所示）。

請回答下列問題：

（1）晶體中結晶水的質量為_______g。

（2）t4～t5段中，固體為_________（寫化學式）。

（3）t5～t6段反應的化學方程式為________。

（4）根據圖中數據計算xMgCO3yMg(OH)2zH2O中x：y：z =___________（填最簡比）。

Answer 1

【答案】 2Mg+O2====2MgO 鎂條的質量（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)鎂與氧氣反應的化學方程式為：2Mg+O22MgO；(2)【實驗結論1】據表分析，可知是因為鎂的質量過多剩余導致沉淀出現；【實驗結論2】對比實驗1和實驗2，可知在兩次實驗中選擇了不同種酸；(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生成氫氣；②第二步實驗結論是黑色粉末中含有CuO，將其中一份裝入硬質玻璃管中，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，實驗現象為：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，反應后固體的質量會增加；（二）(1)加熱首先失去結晶水，故晶體中結晶水的質量為：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，反應的化學方程式為：MgCO3MgO+ CO2↑；(4) t1～t2段減少結晶水的質量為0.72g；t3～t4段是Mg(OH)2受熱分解生成水的質量=3.94g-3.76g=0.18g，由Mg(OH)2H2O，可求出晶體中Mg(OH)2的質量為0.58g；同理可求出晶體中MgCO3的質量為3.36. g；則x：y：z=： ： =4：1：4。