Question

某研究性學習小組做實驗時偶然發現，表面擦去氧化膜的鎂片可與NaHCO₃溶液反應產生大量氣體和白色不溶物。該小組同學通過如下實驗，驗證產物并探究反應原理。
實驗①：用砂紙擦去鎂條表面氧化膜，將其放入盛適量滴有酚酞試液的飽和碳酸氫鈉溶液的燒杯中，迅速反應，產生大量氣泡和白色不溶物，溶液的淺紅色加深。
Ⅰ、定性實驗
（1）氣體的檢驗 
實驗②：將實驗①中收集到的氣體點燃，發現氣體安靜燃燒，火焰呈淡藍色。則氣體為          。
（2）該小組同學對反應中產生的白色不溶物做出如下猜測：
猜測1：白色不溶物可能為　　　　　   
猜測2：白色不溶物可能為MgCO₃
猜測3：白色不溶物可能為堿式碳酸鎂[yMg(OH)₂?xMgCO₃]
請設計一個實驗檢驗固體中是否含有MgCO₃，寫出實驗操作、現象和結論：                                                                                   。
（3）實驗③：取實驗①中的濾液，向其中加入少量CaCl₂稀溶液，產生白色沉淀，溶液紅色變淺，說明溶液中存在CO₃^2－離子。
Ⅱ、定量實驗
（4）為進一步確定實驗I的白色不溶物的成分，進行以下定實驗，裝置如圖所示：

稱取干燥、純凈的白色不溶物 7.36 g，充分加熱至不再產生氣體為止，并使分解產生的氣體全部進入裝置A和B中。實驗后裝置A增重0.72g，裝置B增重2.64 g。白色不溶物的化學式為                。
（5）寫出鎂與飽和碳酸氫鈉溶液反應的化學方程式                           。
Ⅲ、反應原理分析
（6）NaHCO₃溶液中存在如下電離平衡：H₂OH⁺ + OH^－、HCO₃^－H⁺ +CO₃^2－，請從平衡移動角度分析實驗①產生大量氣體和白色不溶物的原因：                                     。

Answer 1

（1）氫氣（或H₂）（2分）
（2）Mg(OH)₂（2分）取少許實驗①固體，加足量稀鹽酸，若有氣泡產生，則含有MgCO₃。反之，則無。（2分)
（4）2Mg(OH)₂?3MgCO₃或Mg₅(OH)₄(CO₃)₃　（2分)　　　　　
（5）5Mg+6NaHCO₃+4H₂O= 2Mg(OH)₂? 3MgCO₃↓+3Na₂CO₃+5H₂↑（2分)
（6）Mg和H⁺反應生成H₂和Mg²⁺，Mg²⁺跟OH^－、CO₃^2－結合生成沉淀，則H⁺、OH^－、CO₃^2－的濃度均降低，上述平衡均向右移動。所以Mg和飽和NaHCO₃溶液反應產生大量氣體和白色不溶物。（3分)

試題分析：（1）將實驗①中收集到的氣體點燃，發現氣體安靜燃燒，火焰呈淡藍色，說明該氣體具有可燃性，再根據質量守恒定律反應前后元素種類不變可分析出是氫氣。
（2）根據元素守恒和物質的溶解性可知：白色不溶物可能是Mg（OH）₂ 或MgCO₃或Mg（OH）₂與MgCO₃，故猜測1為Mg(OH)₂；根據碳酸鹽的性質，能與強酸反應生成CO₂氣體，所以檢驗是否含有MgCO₃的方法為：取少許實驗①固體，加足量稀鹽酸，若有氣泡產生，則含有MgCO₃。反之，則無。
（4）B中堿石灰質量的增加量就是生成的二氧化碳的質量，所以生成二氧化碳的質量為2.64g，設含MgCO₃的質量為x,則：
MgCO₃+2HCl═MgCl₂+H₂O+CO₂↑
84          44
X          2.64g
可得：84:44=x：2.64g，解得x=5.04g，所以含Mg(OH)₂的質量為：7.36g—5.04g=2.32g，Mg(OH)₂與MgCO₃的物質的量之比為：2.32g÷58g/mol：（5.04g÷84g/mol）=0.4mol：0.6mol=2:3，所以白色不溶物的化學式為：2Mg(OH)₂?3MgCO₃或Mg₅(OH)₄(CO₃)₃
（5）根據上述探究實驗可知，鎂與飽和碳酸氫鈉溶液反應，生成了2Mg(OH)₂?3MgCO₃和H₂，根據元素守，恒，還會生成Na₂CO₃，所以化學方程式為：5Mg+6NaHCO₃+4H₂O = 2Mg(OH)₂? 3MgCO₃↓+3Na₂CO₃+5H₂↑。
（6）NaHCO₃溶液中存在如下電離平衡：H₂OH⁺ + OH^－、HCO₃^－H⁺ +CO₃^2－，鎂是活潑金屬，能與H⁺反應，生成Mg²⁺和H₂，Mg²⁺能與OH?結合成Mg(OH)₂沉淀，Mg²⁺還能與CO₃²?結合成MgCO₃沉淀，H⁺、OH^－、CO₃^2－的濃度均降低，上述平衡均向右移動。所以Mg和飽和NaHCO₃溶液反應產生大量氣體和白色不溶物。