Question

9．某兴趣小组同学从海水晒盐后的盐卤中模拟工业生产来提取镁，主要流程如图1：

【问题讨论】
（1）流程中的操作①需要用到的玻璃仪器是：玻璃棒、烧杯和漏斗．
（2）一系列操作②中包含蒸发浓缩、降温结晶、过滤等．
（3）电解氯化镁可以得到镁和氯气，该反应的化学方程式为：MgCl₂$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑，该变化过程是电能转化为化学能．
（4）镁的化学性质比较活泼，能在氮气中燃烧生成氮化镁，在氮化镁中氮元素的化合价为-3，则氮化镁的化学式为：Mg₃N₂．
【发现问题】镁是一种银白色有金属光泽的金属．但拿出的镁条总是有一层灰黑色的“外衣“，这层灰黑色的外衣是什么物质呢？
【查阅资料】（1）Mg（OH）₂：白色固体，难溶于水，受热会分解成氧化镁和水；
（2）MgCO₃：白色固体，微溶于水，受热会分解成氧化镁和二氧化碳；
（3）MgCO₃的热稳定性比Mg（OH）₂的热稳定性更强．
【提出猜想】
小组同学认为该固体不可能是MgO、Mg（OH）₂或MgCO₃，他们的理由是MgO、Mg（OH）₂或MgCO₃均为白色固体，镁条外面是灰黑色；
小组同学由铜生锈会产生Cu₂（OH）₂CO₃联想到灰黑色的物质可能是Mg₂（OH）₂CO₃．
【实验分析】
按图2所示装置进行实验，发现试管口有液滴出现，说明反应产生了水；澄清石灰水变浑浊（变浑浊
的化学方程式为CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O）；同时灰黑色固体完全变为白色．若灰黑色固体是Mg₂（OH）₂CO₃，请写出Mg₂（OH）₂CO₃受热分解的化学方程式Mg₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MgO+H₂O+CO₂↑．
【组成测定】
工业生产中得到的碱式碳酸镁晶体是xMgCO₃•yMg（OH）₂•zH₂O，为精确测量晶体的组成，小组同学取4.66g该晶体，用热分析仪对固体进行热分解（加热使之逐步分解，首先失去结晶水，最后完全反应），测定剩余固体质量与分解温度之间关系．
【数据处理】剩余固体质量与加热时间关系如图3所示：
请回答下列问题：
（1）0～t₁固体质量没有发生变化的原因可能是温度没有达到晶体分解所需的最低温度．

（2）晶体中结晶水的质量为0.72gg．
（3）t₄～t₅段固体为MgCO₃和MgO（写化学式）．
（4）根据图中数据推算xMgCO₃•yMg（OH）₂•zH₂O中x：y：z的最简比=4：1：4．

Answer 1

分析 【问题讨论】
（1）根据过滤的原理分析；
（2）根据结晶的方法分析；
（3）根据反应物、生成物、反应的条件，化学方程式的配平方法书写化学方程式，根据反应前后能量的转化分析；
【提出猜想】
根据固体的颜色分析；
【实验分析】
根据实验现象判断生成物；根据二氧化碳使澄清的石灰水变浑浊的反应原理书写方程式；根据反应现象判断生成物，书写化学方程式；
【数据处理】根据在加热到t₁时碱式碳酸镁晶体开始分解，t₁～t₂时间段和t₃～t₄时间段该固体的质量变化比较少，而t₅～t₆时间段固体质量变化较大，原因是t₁～t₂时间段碱式碳酸镁晶体脱去水，t₃～t₄时间段Mg（OH）₂分解为氧化镁和水，在t₅～t₆时间段温度较高，MgCO₃开始分解，质量变化较大进行解答．
根据生成水的质量为：4.66g-3.94g=0.72g，碱式碳酸镁的相对分子质量为：84x+58y+18z，以及镁、碳、氢元素的质量进行解答．

解答 解：【问题讨论】
（1）流程中的操作①是过滤需要用到的玻璃仪器是：玻璃棒、烧杯和漏斗；
（2）一系列操作②中包含蒸发浓缩、降温结晶、过滤等；
（3）电解氯化镁可以得到镁和氯气，据题目信息，该反应的化学方程式为：MgCl₂$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑，该变化过程是电能转化为化学能；
（4）在氮化镁中氮元素的化合价为-3，镁元素的化合价为+2价，则氮化镁的化学式为：Mg₃N₂；
【提出猜想】
小组同学认为该固体不可能是MgO、Mg（OH）₂或MgCO₃，他们的理由是 MgO、Mg（OH）₂或MgCO₃均为白色固体，镁条外面是灰黑色；
【实验分析】
按图2所示装置进行实验，发现试管口有液滴出现，说明反应产生了 水；澄清石灰水变浑浊是因为二氧化碳与氢氧化钙反应生成了碳酸钙沉淀的缘故，反应的化学方程式为 CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O）；据题目中的信息，Mg₂（OH）₂CO₃受热分解的化学方程式为 Mg₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MgO+H₂O+CO₂↑．
【数据处理】
（1）0～t₁固体质量没有发生变化的原因可能是 温度没有达到晶体分解所需的最低温度．
（2）生成水的质量为：4.66g-3.94g=0.72g，故晶体中结晶水的质量为 0.72g．
（3）t₄～t₅Mg（OH）₂分解已为氧化镁和水，但MgCO₃还未分解，故t₄～t₅段固体为 MgCO₃和MgO碱式碳酸镁的相对分子质量为：84x+58y+18z，
（4）镁元素的质量为：2.00g×$\frac{24}{40}$×100%=1.2g，
碳元素的质量为：1.76g×$\frac{12}{44}$×100%=0.48g，
氢元素的质量为：0.9g×$\frac{2}{18}$×100%=0.1g，
则有：4.66g×$\frac{（x+y）+24}{84x+58y+14z}$×100%=1.2g，
4.66g×$\frac{12x}{84x+58y+18z}$×100%=0.48g，
4.66g×$\frac{2z}{84x+58y+18z}$×100%=0.1g，
解得：x=4，y=1，z=4，
【数据处理】
（1）温度没有达到晶体分解所需的最低温度  （2）0.72g  （3）MgCO₃  （4）4：1：4
故答案为：【问题讨论】（1）漏斗；（2）降温结晶；（3）MgCl₂$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑、电；（4）Mg₃N₂；【提出猜想】MgO、Mg（OH）₂或MgCO₃均为白色固体，镁条外面是灰黑色；
【实验分析】水、CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O、Mg₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MgO+H₂O+CO₂↑；
【数据处理】
（1）温度没有达到晶体分解所需的最低温度；（2）0.72g；（3）MgCO₃； （4）4：1：4．

点评 本考点属于盐的性质中实验方法和过程的探究，根据物质的化学性质，要认真分析，不仅要把握实验设计的每一个步骤中的实验目的，还要加强记忆除去常用离子的方法，从而突破难点．有关的计算要准确，本考点经常出现在实验题中．