Question

12．小明同学在实验室将镁放入NH₄Cl溶液中，发现有气泡产生．询问老师后得知镁与NH₄Cl溶液反应能生成气体和一种盐．为了确定气体的成分，进行下列实验探究：
探究一：
【查阅资料】①NH₄Cl溶液显酸性；
②NH₃+HCl═NH₄Cl，2NH₃+H₂SO₄═（NH₄）₂SO₄
③2NH₃+3CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu+N₂+3H₂O
【提出猜想】反应生成的气体可能是HCl、NH₃、H₂中的一种或几种
【探究实验】
（1）用湿润的紫色石蕊试纸检验，试纸不变红色，则该气体中无HCl气体．
（2）为了探究其它气体是否存在，设计了如图1实验装置

A中溶液变红色，证明有NH₃气体（填化学式）；浓硫酸的作用是除去气体中的NH₃和水蒸气；B中玻璃管内观察到固体由黑色变成红色，说明有氢气．
【实验结论】镁与NH₄Cl溶液反应生成NH₃和H₂，还生成一种盐的化学式是MgCl₂．
【实验反思】（1）综合以上信息和实验结论，小林同学认为不需要单独检验HCl气体，就能说明HCl气体不存在．理由是：合理，因为氨气能和氯化氢反应生成氯化铵．
探究二：镁是一种银白色有金属光泽的金属．但实验时小组同学拿出的镁条却是有一层灰黑色的“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，他们的理由是它们都是白色固体，而镁条表面却是灰黑色的．
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；澄清石灰水变浑浊；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4MgCO₃•Mg（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）t₄～t₅段固体为MgCO₃和MgO（写化学式）．
（2）根据图中数据推算4MgCO₃•Mg（OH）₂•zH₂O中z的数值是：4．（请写出计算过程）

Answer 1

分析 探究一：
本题能使同学们体会到实验探究的一般过程，通过实验分析可知：用湿润的蓝色石蕊试纸检验，试纸不变红色，则该气体中在无HCl气体；①A中溶液变红色，证明有NH₃，②浓硫酸的作用是：吸收氨气和水蒸气（或干燥和除氨气）；③B中玻璃管观察到黑色粉末变红色，说明有氢气；镁与NH₄Cl溶液反应生成NH₃和H₂，还生成一种盐是MgCl₂；小林同学认为不需要单独检验HCl气体，就能说明HCl气体不存在，说法是合理的，因为氨气能和氯化氢反应生成氯化铵；小敏同学为了更加充分证明反应生成的气体中有氢气．
根据反应现象判断生成物，书写化学方程式；
探究二：
【提出猜想】考虑MgO、Mg（OH）₂或MgCO₃它们都是白色固体，而镁条表面却是灰黑色的．
【实验分析】根据“发现试管口有液滴出现”，说明有水；根据“澄清石灰水变浑浊”，说明有二氧化碳；而“灰黑色固体完全变为白色”，可能为氧化镁，则可推测Mg₂（OH）₂CO₃受热分解的化学方程式．
【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：84×4+58+18z，以及镁、碳、氢元素的质量进行解答；

解答 解：【探究实验】（1）通过实验分析可知：用湿润的蓝色石蕊试纸检验，试纸不变红色，则该气体中在无HCl气体；故答案为：红；   
（2）①A中溶液变红色，证明有NH₃，②浓硫酸的作用是：吸收氨气和水蒸气（或干燥和除氨气）；③B中玻璃管观察到黑色粉末变红色，说明有氢气；故答案为：①NH₃；②吸收氨气和水蒸气（或干燥和除氨气）③黑色粉末变红色（或黑色粉末变红色、玻璃管内壁出现水雾）
【实验结论】镁与NH₄Cl溶液反应生成NH₃和H₂，还生成一种盐是MgCl₂；故答案为：MgCl₂
【实验反思】小林同学认为不需要单独检验HCl气体，就能说明HCl气体不存在，说法是合理的，因为氨气能和氯化氢反应生成氯化铵；故答案为：合理，因为氨气能和氯化氢反应生成氯化铵．（或氨气和氯化氢气体不共存）        
探究二：
【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{\;\;△\;\;}}{\;}$2MgO+H₂O+CO₂↑．
【数据处理】（1）t₄～t₅Mg（OH）₂分解已为氧化镁和水，但MgCO₃还未分解，故t₄～t₅段固体为 MgCO₃和MgO．
（2）根据“4MgCO₃•Mg（OH）₂•zH₂O加热使之逐步分解，首先失去结晶水，故生成水的质量为：4.66g-3.94g=0.72g，则有：4.66g×（$\frac{2z}{4×84+58+18z}$×100%）=0.72g×（$\frac{2}{18}×100%$），解得：z=4．
故答案为：
探究一：【探究实验】（1）红；（2）NH₃；除去气体中的NH₃和水蒸气；固体由黑色变成红色．
【实验结论】MgCl₂；
【实验反思】若A中酚酞不变色，说明同时有HCl存在．（或写：若有HCl存在，则A中溶液不会变红）
探究二：【提出猜想】它们都是白色固体，而镁条表面却是灰黑色的
【实验分析】Mg₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MgO+H₂O+CO₂↑．
【数据处理】（1）MgCO₃和MgO；（2）4 （算出水的质量是0.72g给一分；算出Z是4，给一分）

点评 实验探究题是近几年中考的热点之一，它包括实验方法和过程的探究，实验结论和实验规律的探究等．本题通过实验资料和实验分析，得到了正确的结论，属于结论性探究．同学们要具体分析，综合掌握．