【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(guī)律以及反應的現(xiàn)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+2H
2SO
4(濃)=CO
2↑+SO
2↑+H
2O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K
1K
2,關閉K
3,鼓入空氣數(shù)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K
1K
2,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(shù)為
×100%≈31%,而Mg
2(OH)
2CO
3、Mg
4(OH)
2(CO
3)
3、Mg
5(OH)
2(CO
3)
4三物質中鎂的質量分數(shù)分別為
×100%=33.8%;
×100%≈31%;
×100%≈26.7%;所以該物質是Mg
4(OH)
2(CO
3)
3;
【VI】因為化合物中各元素的化合價代數(shù)和為零,所以由化學式Mgx(OH)
2(CO
3)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(CO
3)
y分解的方程式為:
Mgx(OH)
2(CO
3)
yxMgO+H
2O+yCO
2↑.
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(tài)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CO
2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(CO
3)
y 的化學式可寫為 Mg
(y+1)(OH)
2(CO
3)
y,則依據鎂元素的質量分數(shù)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Mg
5(OH)
2(CO
3)
4 故答案為:【I】OH
-;溫度;反應速度;
【II】白色,
實驗方案 | 實驗現(xiàn)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(xiàn)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;K
1K
2;K
3;K
1K
2;K
3;Mg
4(OH)
2(CO
3)
3;
【VI】x=y+1;Mgx(OH)
2(CO
3)
yxMgO+H
2O+yCO
2↑.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(CO
3)
y 的化學式可寫為 Mg
(y+1)(OH)
2(CO
3)
y,則依據鎂元素的質量分數(shù)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Mg
5(OH)
2(CO
3)
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(huán)節(jié),體現(xiàn)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.