Question

某興趣小組根據(jù)鎂與沸水的反應(yīng)推測鎂也能與飽和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)。資料顯示：鎂與飽和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)產(chǎn)生大量氣體和白色不溶物。該興趣小組設(shè)計了如下實驗方案并驗證產(chǎn)物、探究反應(yīng)原理。
實驗1：用砂紙擦去鎂條表面氧化膜，將其放人盛有適量滴有酚酞的飽和碳酸氫鈉溶液的試管中，迅速反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣泡和白色不溶物，溶液由淺紅變紅。
（1）提出假設(shè)
該同學(xué)對反應(yīng)中產(chǎn)生的白色不溶物作出如下假設(shè)：
假設(shè)1：可能為             。
假設(shè)2：可能為MgCO₃。
假設(shè)3：可能是堿式碳酸鎂[xMgCO₃·yMg(OH)₂]
（2）設(shè)計定性實驗確定產(chǎn)物并驗證猜測：

實驗序號	實驗	預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論
實驗II	將實驗I中收集到的氣體點燃
實驗III	取實驗I中的白色不溶物，洗滌，加入足量	； 白色不溶物可能含有MgCO3
實驗IV	取實驗I中的澄清液，向其中加入少量CaCl2稀溶液	產(chǎn)生白色沉淀；溶液中存在     離子

 
（3）設(shè)計定量實驗確定實驗I的產(chǎn)物：稱取實驗I中所得干燥、純凈的白色不溶物31.0 g，充分加熱至不再產(chǎn)生氣體為止，并使分解產(chǎn)生的氣體全部進(jìn)入盛有足量濃硫酸的洗氣瓶A、盛有足量堿石灰的干燥管B和盛有足量堿石灰的干燥管C中。實驗前后裝置A增重1.8 g，裝置B增重13.2 g，試確定白色不溶物的化學(xué)式                     。
（4）請結(jié)合化學(xué)用語和化學(xué)平衡移動原理解釋Mg和NaHCO₃溶液反應(yīng)產(chǎn)生大量氣泡的原因                                                                    。

Answer 1

（16分）
（1）Mg(OH)₂（2分）
（2）（每空2分）

序號	實驗操作	預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論
實驗II		能安靜燃燒、產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰；氣體成分為氫氣
實驗III	稀鹽酸（合理均可）	產(chǎn)生氣泡，沉淀全部溶解
實驗IV		溶液中存在CO32－

 
（3）3MgCO₃?Mg(OH)₂[或Mg(OH)₂?3MgCO₃或Mg₄(OH)₂(CO₃)₃]（3分）
（4）NaHCO₃溶液中存在如下平衡：HCO₃^－H⁺+ CO₃^2－、H₂OH⁺+OH^－；Mg和H⁺反應(yīng)生成H₂和Mg²⁺，Mg²⁺和OH^－、CO₃^2－生成難溶物Mg(OH)₂?3MgCO₃，則H⁺、OH^－、CO₃^2－的濃度均降低，促使上述兩平衡均向右移動，故Mg與飽和NaHCO₃溶液反應(yīng)產(chǎn)生大量H₂（3分）

解析試題分析：（1）根據(jù)已經(jīng)提出的兩個假設(shè)推導(dǎo)，碳酸鎂、堿式碳酸鎂、氫氧化鎂都是白色不溶物，由此可以得出假設(shè)1，反應(yīng)中產(chǎn)生的白色不溶物可能是氫氧化鎂；（2）實驗II：鎂與沸水發(fā)生置換反應(yīng)，生成氫氧化鎂和氫氣；由此推斷氫前活潑金屬鎂與飽和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)放出的氣體可能是氫氣，如果實驗I中收集的氣體點燃時能安靜燃燒、產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰，則該氣體成分為氫氣；實驗III：碳酸鎂不溶于水，但是碳酸的酸性比鹽酸或稀硫酸或稀硝酸或醋酸弱，如果實驗I中的白色不溶物洗滌排除碳酸氫鈉干擾后，加入足量的鹽酸或稀硫酸或稀硝酸或醋酸，固體完全溶解，產(chǎn)生氣泡，說明白色不溶物可能含有碳酸鎂；實驗IV：由于碳酸氫鈉不能與氯化鈣反應(yīng)，碳酸根離子與氯化鈣溶液反應(yīng)產(chǎn)生白色沉淀，則實驗I中的澄清液中加入少量氯化鈣稀溶液，產(chǎn)生白色沉淀，說明溶液中含有碳酸根離子；（3）濃硫酸具有吸水性，其增加的質(zhì)量就是分解產(chǎn)物水的質(zhì)量，堿石灰不僅有吸水性，而且能吸收二氧化碳，其增加的質(zhì)量為分解產(chǎn)物二氧化碳的質(zhì)量；由于水、二氧化碳的相對分子質(zhì)量分別為18、44，n=m/M，則H₂O、CO₂的物質(zhì)的量分別為0.1mol、0.3mol，前者所含氫原子的物質(zhì)的量為0.2mol，后者所含碳原子為0.3mol，根據(jù)氫、碳原子守恒可知不溶物中氫、碳原子物質(zhì)的量之比為0.2∶0.3=2∶3，由于物質(zhì)的量之比等于化學(xué)式中氫、碳原子個數(shù)之比，則氫氧化鎂與碳酸鎂的系數(shù)之比為1∶3，則不溶物的化學(xué)式為Mg(OH)₂?3MgCO₃ [或3MgCO₃?Mg(OH)₂或Mg₄(OH)₂(CO₃)₃]；（4）NaHCO₃溶液中存在如下平衡：HCO₃^－H⁺+ CO₃^2－、H₂OH⁺+OH^－；Mg和H⁺反應(yīng)生成H₂和Mg²⁺，Mg²⁺和OH^－、CO₃^2－生成難溶物Mg(OH)₂?3MgCO₃，則H⁺、OH^－、CO₃^2－的濃度均降低，促使上述兩平衡均向右移動，故Mg與飽和NaHCO₃溶液反應(yīng)產(chǎn)生大量H₂。
考點：考查探究實驗和綜合計算，涉及反應(yīng)產(chǎn)生白色不溶物成分的假設(shè)、設(shè)計反應(yīng)產(chǎn)生氣體的檢驗方案、設(shè)計檢驗碳酸鎂存在的實驗方案、設(shè)計檢驗碳酸根離子的方案、數(shù)據(jù)處理、質(zhì)量、摩爾質(zhì)量、物質(zhì)的量、物質(zhì)的量在物質(zhì)組成關(guān)系式中的應(yīng)用、確定白色不溶物的化學(xué)式、用化學(xué)平衡移動原理解釋Mg和NaHCO₃溶液反應(yīng)產(chǎn)生大量氣泡的原因等。