Question

【題目】某小組做課本實驗5-2（即鎂在空氣中燃燒）時，發(fā)現(xiàn)生成物中有少許黑色固體，針對這一現(xiàn)象，他們開展了以下探究，請仔細閱讀并完成探究報告。

（探究目的）探究黑色固體是鎂與空氣中什么物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生的。

（分析猜想）分析空氣中各種成分，尋找猜想依據(jù)：

空氣成分一：氧氣； 空氣成分二：水蒸氣；

空氣成分三：氮氣； 空氣成分四：二氧化碳；

空氣成分五：稀有氣體：化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，一般不與其它物質(zhì)反應(yīng)。

（實驗一）鎂帶與氧氣的反應(yīng)

（一）制取氧氣并探究氯酸鉀和二氧化錳制氧氣的實驗中反應(yīng)物與催化劑的最佳質(zhì)量比。

實驗中采用如圖1、2所示裝置，取20g氯酸鉀，分成10等份，每份2g，分別裝入10支試管中。在10支試管中分別加入不同質(zhì)量的二氧化錳，分別測量二氧化錳與氯酸鉀在不同質(zhì)量比時，生成200mL氧氣所消耗的時間。實驗記錄的數(shù)據(jù)如表：

實驗編號	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
二氧化錳的質(zhì)量/g	0.1	0.2	0.33	0.4	0.5	0.66	1	1.3	2	3
二氧化錳與氯酸鉀的質(zhì)量比	1：20	1：10	1：6	1：5	1：4	1：3	1：2	2：3	1：1	3：2
生成200mL氧氣時間/秒	235	186	162	147	133	117	143	160	211	244

請回答下列問題：

（1）請寫出該實驗中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：___________；

（2）為了完成本實驗，方框內(nèi)應(yīng)選擇圖2氣體收集裝置中的_____（填字母）；

（3）分析上述數(shù)據(jù)，你認為利用此法制氧氣，二氧化錳與氯酸鉀的最佳質(zhì)量比為____；

（4）分析上表數(shù)據(jù)，結(jié)合影響化學(xué)反應(yīng)速度的因素分析，當(dāng)二氧化錳與氯酸鉀的質(zhì)量比高于最佳質(zhì)量比時，反應(yīng)速度變低的原因是___________。

（二）燃燒鎂帶，觀察現(xiàn)象

將鎂帶打磨光亮，點燃，伸入盛滿氧氣的集氣瓶中，產(chǎn)生大量白煙，生成白色固體。

實驗結(jié)論：鎂與氧氣反應(yīng)生成白色的氧化鎂。

（實驗二）鎂帶與水蒸氣的反應(yīng)

實驗裝置如下圖所示：

（1）裝置A中放入幾粒沸石或碎瓷片的目的是_________；

（2）實驗開始時，應(yīng)先點燃A處酒精燈，等觀察到水沸騰后，再點燃B處酒精燈，這樣做的目的是__________；

（3）生成的氣體通入肥皂液中，用燃著的木條靠近肥皂泡，有爆鳴聲，稍后有肥皂泡飄到空中，說明生成的氣體是_______；

實驗結(jié)論：鎂粉能和水蒸氣反應(yīng)，但裝置B中并沒有產(chǎn)生黑色固體。

（實驗三）鎂帶與氮氣的反應(yīng)

（一）獲取氮氣：

方法1：工業(yè)上把空氣液化，然后蒸發(fā)，先蒸發(fā)出來的氣體就是氮氣，這是利用液氧、液氮的________（填具體的物理性質(zhì)）不同。

方法2：以下是獲取氮氣的方法及裝置（裝置中使用的固體藥品均過量），其中得到氮氣較純的是____________（填字母）。

（二）燃燒鎂帶，觀察現(xiàn)象

將0.72g打磨光亮的鎂帶在氮氣中充分燃燒，實驗結(jié)束后，集氣瓶內(nèi)壁附著一層淡黃色的固體，稱得其質(zhì)量為1.00g。

實驗結(jié)論：鎂與氮氣在點燃的條件下發(fā)生化合反應(yīng)生成淡黃色的氮化鎂，試根據(jù)數(shù)據(jù)求出氮化鎂的化學(xué)式為___________（寫出計算過程）。

（探究結(jié)論）根據(jù)以上信息，可以推理得出鎂在空氣中燃燒產(chǎn)生的黑色固體是鎂與空氣中的二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)生的，該黑色固體是__________（寫出化學(xué)式）。

Answer 1

【答案】 C 1:3 二氧化錳用量過多，氯酸鉀的質(zhì)量分數(shù)降低，反應(yīng)物間的接觸面積減小 防止水暴沸 排盡裝置中的空氣 氫氣 沸點 B Mg3N2 C

【解析】

[實驗一]（1）氯酸鉀在二氧化錳作催化劑、加熱條件下發(fā)生反應(yīng)生成氯化鉀、氧氣，反應(yīng)反應(yīng)的化學(xué)方程式為：；

（2）收集一定體積的氧氣，應(yīng)該選用量筒，當(dāng)集氣瓶中的水較少時，水易從長導(dǎo)氣管排出，故氧氣從短導(dǎo)氣管進入，導(dǎo)氣管不能伸入量筒的底部，否則會占有一定的體積，影響氧氣體積的測量，故方框內(nèi)應(yīng)選擇圖2氣體收集裝置中的C；

（3）分析上述數(shù)據(jù)可知，當(dāng)二氧化錳與氯酸鉀的質(zhì)量比為1:3時，生成200mL氧氣的時間是最短的，即反應(yīng)速率最快，故利用此法制氧氣，二氧化錳與氯酸鉀的最佳質(zhì)量比為1:3；

（4）二氧化錳與氯酸鉀的質(zhì)量比高于最佳質(zhì)量比時，反應(yīng)速度變低的原因是二氧化錳用量過多，氯酸鉀的質(zhì)量分數(shù)降低，反應(yīng)物間的接觸面積減小。

[實驗二]（1）裝置A中放入幾粒沸石或碎瓷片的目的是防止水暴沸；

（2）實驗開始時，應(yīng)先點燃A處酒精燈，等觀察到水沸騰后，再點燃B處酒精燈，這樣做的目的是排盡裝置中的空氣，防止鎂與空氣中的氣體反應(yīng)；

（3）生成的氣體通入肥皂液中，用燃著的木條靠近肥皂泡，有爆鳴聲，稍后有肥皂泡飄到空中，說明生成的氣體具有可燃性，密度比空氣的密度小，該氣體是氫氣；

[實驗三]鎂帶與氮氣的反應(yīng)（一）獲取氮氣：

方法1：工業(yè)上把空氣液化，然后蒸發(fā)，先蒸發(fā)出來的氣體就是氮氣，這是利用液氧、液氮的沸點不同。

方法2：硫磺是硫的俗稱，硫、木炭燃燒都生成氣體，使得到的氮氣不純，而紅磷燃燒生成五氧化二磷固體，燃燒后無氣體生成，可得到較純的氮氣，故選B。

（二）將0.72g打磨光亮的鎂帶在氮氣中充分燃燒，實驗結(jié)束后，集氣瓶內(nèi)壁附著一層淡黃色的固體，稱得其質(zhì)量為1.00g。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，參加反應(yīng)的氮氣的質(zhì)量為：1.00g-0.72g=0.28g，故氮化鎂中氮元素的質(zhì)量為0.28g，，鎂元素的質(zhì)量為0.72g，設(shè)氮化鎂的化學(xué)式為MgxNy，則，解得，氮化鎂的化學(xué)式為Mg3N2。

[探究結(jié)論]根據(jù)以上信息，可以推理得出鎂在空氣中燃燒產(chǎn)生的黑色固體是鎂與空氣中的二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)生的，該黑色固體是碳單質(zhì)。