Question

某興趣小組根據鎂與沸水的反應推測鎂也能與飽和碳酸氫鈉溶液反應。資料顯示：鎂與飽和碳酸氫鈉溶液反應產生大量氣體和白色不溶物。該興趣小組設計了如下實驗方案并驗證產物、探究反應原理。
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，產生大量氣泡和白色不溶物，溶液由淺紅變紅。
（1）提出假設
該同學對反應中產生的白色不溶物作出如下假設：
假設1：可能為             。
假設2：可能為MgCO₃。
假設3：可能是堿式碳酸鎂[xMgCO₃·yMg(OH)₂]
（2）設計定性實驗確定產物并驗證猜測：

實驗序號	實驗	預期現象和結論
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	產生白色沉淀；溶液中存在     離子

 
（3）設計定量實驗確定實驗I的產物：稱取實驗I中所得干燥、純凈的白色不溶物31.0 g，充分加熱至不再產生氣體為止，并使分解產生的氣體全部進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式                     。
（4）請結合化學用語和化學平衡移動原理解釋Mg和NaHCO₃溶液反應產生大量氣泡的原因                                                                    。

Answer 1

（16分）
（1）Mg(OH)₂（2分）
（2）（每空2分）

序號	實驗操作	預期現象和結論
實驗II		能安靜燃燒、產生淡藍色火焰；氣體成分為氫氣
實驗III	稀鹽酸（合理均可）	產生氣泡，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溶液反應產生大量H₂（3分）

解析試題分析：（1）根據已經提出的兩個假設推導，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1，反應中產生的白色不溶物可能是氫氧化鎂；（2）實驗II：鎂與沸水發生置換反應，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、產生淡藍色火焰，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，碳酸根離子與氯化鈣溶液反應產生白色沉淀，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，其增加的質量就是分解產物水的質量，堿石灰不僅有吸水性，而且能吸收二氧化碳，其增加的質量為分解產物二氧化碳的質量；由于水、二氧化碳的相對分子質量分別為18、44，n=m/M，則H₂O、CO₂的物質的量分別為0.1mol、0.3mol，前者所含氫原子的物質的量為0.2mol，后者所含碳原子為0.3mol，根據氫、碳原子守恒可知不溶物中氫、碳原子物質的量之比為0.2∶0.3=2∶3，由于物質的量之比等于化學式中氫、碳原子個數之比，則氫氧化鎂與碳酸鎂的系數之比為1∶3，則不溶物的化學式為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溶液反應產生大量H₂。
考點：考查探究實驗和綜合計算，涉及反應產生白色不溶物成分的假設、設計反應產生氣體的檢驗方案、設計檢驗碳酸鎂存在的實驗方案、設計檢驗碳酸根離子的方案、數據處理、質量、摩爾質量、物質的量、物質的量在物質組成關系式中的應用、確定白色不溶物的化學式、用化學平衡移動原理解釋Mg和NaHCO₃溶液反應產生大量氣泡的原因等。