Question

小王同學對化學充滿了興趣，喜歡做各種實驗．有一次他和其它同學對鎂進行了一些研究：
【Ⅰ】他們用砂紙打磨掉表面灰黑色的物質，將其放入水中，未看到有明顯的現象，改用酒精燈加熱后，觀察到表面有大量氣泡，經驗是氫氣．他們又向溶液中滴加無色酚酞試液，發現酚酞變成紅色，說明有______產生．該實驗表明化學反應的發生和速率與______有關，許多物質的______隨溫度的升高而增大．
【Ⅱ】該小組成員開始研究鎂帶表面的灰黑色物質，小王大膽提出了三個假設：
假設1該物質是MgO；假設2該物質是Mg（OH）₂；假設3鎂可能會象銅一樣生成堿式碳酸鎂．
但其它同這立即否定了他的假設1和2，因為根據所學的知識MgO，Mg（OH）₂都是______色固體．對于假設3，他們設計了如下方案

實驗方案	實驗現象	實驗結論
		證明有CO32-
取樣于試管，加熱		證明有氫元素

【III】他們在取鎂帶表面灰黑色樣品時感到比較困難，索性將表面發黑的鎂帶全部磨成粉末，放入干燥的硬質試管中加熱，一段時間后，鎂粉突然出現紅熱燃燒起來，反應停止后有少量黑色物質A粘在試管壁上，這黑色物質A中混有什么？他們查資料篩選出幾條有價值的信息：
（1）2Mg+CO₂=2MgO+C； （2）C+2H₂SO₄（濃）=CO₂↑+SO₂↑+H₂O；（3）SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃↓（白）+H₂O．
試分析A物質為______，根據上述信息，他們又設計了下列實驗，幫助他們完成實驗報告：

實驗方案	實驗現象	實驗結論
取反應后試管內樣品，先滴加過量的______	固體部分溶解
再______ （填一具體的實驗操作）	黑色固體全部溶解

【Ⅳ】為驗證碳和濃硫酸反應的三種產物，應將氣體通過下列三種試劑（假設每步均完全）即：
氣體→______→______→______；
（現象依次為）______、______、______
【V】該興趣小組的同學進一步又查出胃藥堿式碳酸鎂有多種不同的組成，如Mg₂（OH）₂CO₃、Mg₄（OH）₂（CO₃）₃、Mg₅（OH）₂（CO₃）₄等．小紅同學為確定堿式碳酸鎂的組成，設計如圖所示的實驗：

實驗步驟（1）按圖組裝置后，首先進行的操作是______．E處干燥管內盛放的藥品是______，其作用是______．
實驗步驟（2）稱取樣品31g，并將其放入硬質玻璃管中，稱量裝濃硫酸的洗氣瓶C的質量為87.6g，裝堿石灰的U型管D的質量為74.7g．
實驗步驟（3）打開活塞______，關閉______，緩慢鼓入空氣數分鐘．
實驗步驟（4）關閉活塞______，打開______，點燃酒精燈加熱至不再產生氣體為止．
實驗步驟（5）打開活塞K1，緩緩鼓入空氣數分鐘，然后拆下裝置，稱得洗氣瓶C的質量為89.4g，U型管D的質量為87.9g，則該堿式碳酸鎂的化學式為______．
【Ⅵ】小明認為其化學式可用Mgx（OH）₂（CO₃）y表示，根據化合價規律，x和y的關系是______，寫出該物質分解的方程式：______ xMgO+H₂O+yCO₂↑

Answer 1

【答案】分析：【I】依據敘述的信息以及反應進行時的條件變化分析解答即可；
【II】依據氧化鎂氫氧化鎂的認識結合碳酸根和氫元素的鑒定方式解決即可；
【III】利用題干中提供的相關反應的信息結合有關物質的物理性質對實驗過程進行分析探討即可；
【IV】依據物質檢驗的一般規律以及反應的現象對問題進行分析探討即可；
【V】根據反應過程的要求對實驗步驟進行判斷，根據生成的水與二氧化碳的質量推斷堿式碳酸鎂的化學式．
【VI】依據堿時碳酸鎂分解的產物情況結合相關的吸收裝置的使用要求以及化學方程式的相關計算分析解答即可；
解答：解：【I】依據敘述的信息中加熱前后反應的情況可知該反應的速度與溫度有關，滴加酚酞溶液變紅說明溶液呈堿性，說明該反應生成了氫氧根；
【II】由所學可知氧化鎂氫氧化鎂均是白色固體，所以灰黑色固體一定不是這兩者，要想證明溶液中含有碳酸根離子可對該物質加稀鹽酸進行檢驗，如果加入鹽酸有氣泡生成則證明含有碳酸根，如果固體加熱時生成水珠，則證明固體中含有氫元素；
【III】根據題干中提供的相關反應以及物質的性質可知，該黑色物質只能是碳，由于所列物質中只有氧化鎂能與稀硫酸反應而溶解，所以加入稀硫酸固體部分溶解，能證明固體中含有氧化鎂；加熱后稀硫酸轉化成了濃硫酸，碳能與之反應，所以黑色固體全部溶解，證明固體中含有碳；
【IV】檢驗C+2H₂SO₄（濃）=CO₂↑+SO₂↑+H₂O反應的三種產物時首先應該檢驗水的存在，采用無水硫酸銅即可，因為無水硫酸銅遇水會變藍，而后檢驗二氧化硫的存在，由于二氧化硫具有漂白的作用，所以可使氣體通過紫色的高錳酸鉀溶液，如果紫紅色褪去，則證明二氧化硫的存在；二氧化碳的存在鑒定可使其通過澄清石灰水完成，如果石灰水變渾濁，則二氧化碳存在；
【V】改裝置使用時必須密封進行，所以實驗前一定要先檢查裝置的氣密性，因為D裝置是檢驗生成二氧化碳的質量，所以不能讓空氣中的二氧化碳進入干擾測量的結果，因此E裝置中也要放入堿石灰以防止二氧化碳的進入；
實驗步驟3應先打開K₁K₂，關閉K₃，鼓入空氣數分鐘排凈原來裝置內的空氣，以防止原有空氣中的水蒸氣以及二氧化碳對實驗的干擾，再關閉K₁K₂，點燃酒精燈加熱至不再產生氣體為止．
根據裝濃硫酸的洗氣瓶C的質量變化為89.4g-87.6g=1.8g，裝堿石灰的U型管D的質量變化為87.9g-74.7g=13.2g．則反應生成的水的質量是1.8g與二氧化碳的質量是13.2g．
則氧化鎂的質量為31g-1.8g-13.2g=16g，所以該物質中鎂的質量分數為×100%≈31%，而Mg₂（OH）₂CO₃、Mg₄（OH）₂（CO₃）₃、Mg₅（OH）₂（CO₃）₄三物質中鎂的質量分數分別為×100%=33.8%；×100%≈31%；×100%≈26.7%；所以該物質是Mg₄（OH）₂（CO₃）₃；
【VI】因為化合物中各元素的化合價代數和為零，所以由化學式Mgx（OH）₂（CO₃）y可知（+2）x+（-1）×2+（-2）×y=0，則知x和y的關系是x=y+1，則Mgx（OH）₂（CO₃）_y分解的方程式為：
Mgx（OH）₂（CO₃）_yxMgO+H₂O+yCO₂↑．
方案I：只測定分解后生成的水，連接方案是A→C→B，則C中盛放的藥品應該是液態的濃硫酸，而B中則應是能阻擋外界空氣中水蒸氣進入的干燥劑氯化鈣固體；
方案II：只測定分解生成的CO₂的質量，連接方案是A→C→B→C，則B中的藥品是能吸收二氧化碳的堿石灰，最后連接的C中的藥品是防止空氣中二氧化碳進入的氫氧化鈉溶液；
以上方式是利用水與二氧化碳的質量對化學式進行判斷，更簡單的做法可采用加熱堿式碳酸鎂稱量反應前后固體質量的方式對化學式進行判斷；
依據x=y+1利用水與二氧化碳的質量可知氧化鎂的質量為7.88g-0.36g-3.52g=4g則有：
Mgx（OH）₂（CO₃）_y 的化學式可寫為 Mg_（y+1）（OH）₂（CO₃）_y，則依據鎂元素的質量分數可列等式=
解的y=4，則x=y+1=4+1=5，所以該物質的化學式為Mg₅（OH）₂（CO₃）₄
故答案為：【I】OH^-；溫度；反應速度；
【II】白色，

實驗方案	實驗現象	實驗結論
取樣于試管中滴加稀鹽酸	有氣泡冒出	證明有CO32-
取樣于試管，加熱	有水珠生成	證明有氫元素

【III】C；

實驗方案	實驗現象	實驗結論
稀硫酸	固體部分溶解	固體中含有氧化鎂
加熱	黑色固體全部溶解	固體中含有碳

【IV】無水硫酸銅；高錳酸鉀溶液；澄清石灰水；白色固體變藍；紫紅色褪去；澄清石灰水變渾濁
【V】檢查裝置的氣密性；堿石灰；防止空氣中的水蒸氣進入裝置；K₁K₂；K₃；K₁K₂；K₃；Mg₄（OH）₂（CO₃）₃；
【VI】x=y+1；Mgx（OH）₂（CO₃）_yxMgO+H₂O+yCO₂↑．濃硫酸；氯化鈣固體；堿石灰，氫氧化鈉溶液；可采用加熱堿式碳酸鎂稱量反應前后固體質量；
依據x=y+1利用水與二氧化碳的質量可知氧化鎂的質量為7.88g-0.36g-3.52g=4g則有：
Mgx（OH）₂（CO₃）_y  的化學式可寫為  Mg_（y+1）（OH）₂（CO₃）_y，則依據鎂元素的質量分數可列等式=
解的y=4，則x=y+1=4+1=5，所以該物質的化學式為Mg₅（OH）₂（CO₃）₄．
點評：本題通過提出問題、做出猜想、設計實驗方案、進行實驗等環節，體現了科學探究的一般過程．但本題計算量較大，要求學生對知識掌握程度較高，是一道綜合性較強的題目的難題．