Question

15．金属镁是一种重要的金属．小明在做镁带燃烧实验时，发现从实验室中取出来的镁条表面呈灰黑色，这灰黑色物质是什么呢？是氧化镁吗？小明想了一下，很快就把它否定了，他的理由是MgO为白色．小明通过查阅资料灰黑色固体为碱式碳酸镁．
【查阅资料】1．碱式碳酸镁有多种组成．如Mg₂（OH）₂CO₃、Mg₄（OH）₂（CO₃）₃、等，可以表示为xMgCO₃•yMg（OH）₂（x、y都是正整数）．
2．MgCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+CO₂ ↑；Mg（OH）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+H₂O    
3．碱式碳酸镁能与盐酸反应生成氯化镁、二氧化碳和水．
Ⅰ．确定镁带表面碱式碳酸镁的成分
小明同学为确定镁带表面碱式碳酸镁的组成，设计如图1所示的实验：

图中B处为两个单向阀：推注射器时A₁关闭，A₂处打开；拉注射器时，A₁打开进空气，A₂关闭．
【实验步骤】
①按图组装好仪器后，检查气密性；
②称取灰黑色样品，并将其放入硬质玻璃管中；
③打开弹簧夹，反复推拉注射器；
④称量E、F的质量，E的质量为87.6g，U型管F的质量为74.7g；
⑤关闭弹簧夹，加热D处试管直到反应不再进行；
⑥打开弹簧夹，再次反复缓缓推拉注射器；
⑦再次称量E、F的质量，E的质量为89.4g，U型管F的质量为87.9g．
【问题讨论】
（1）补充好实验步骤检查气密性，E中所装药品是浓硫酸；
（2）C、F、G中装有碱石灰（CaO与NaOH的固体混合物），则C的作用是防止空气中二氧化碳和水进入F，若没有G装置，则测定的x的值会偏大（填“偏大”、“偏小”、“无影响”）；
（3）步骤⑥目的是使产生的气体全部进入EF；
（4）根据上述实验数据，推算该碱式碳酸镁的化学式为3MgCO₃．Mg（OH）₂．
Ⅱ．测定镁带样品纯度如图2所示

【问题讨论】
（5）装置B的作用是除CO₂和HCl，装置C的作用是检验二氧化碳是否除尽；
（6）称取1.0g镁带样品与足量浓盐酸充分反应后，收集到的氢气的体积为0.448L（已知该实验条件下氢气的密度为0.089g/L），计算镁带样品纯度（写出计算过程）．
（7）有同学认为用这种方法测定的结果一定偏大，原因是滴加的盐酸占一定体积．
（8）小江同学认为测定产物中CO₂的质量（即反应前后装置②的质量差）也可测定样品中单质镁的纯度．但利用上述实验装置测得CO₂的质量并计算样品的纯度，结果偏低，你认为原因可能是①②③．（填序号）
①浓盐酸易挥发，产生的氯化氢气体被装置B吸收
②二氧化碳气体逸出时带出的水蒸气在装置B中冷凝而被吸收
③装置A、B内空气中的二氧化碳被装置B吸收
④实验结束时烧瓶中残留二氧化碳
⑤气体从氢氧化钠溶液中逸出时带走部分水蒸气．

Answer 1

分析 根据氧化镁是白色的解答；
Ⅰ．
（1）根据装药品前要检验装置的气密性解答；根据浓硫酸具有吸水性解答；
（2）根据二氧化碳和水蒸气会对实验数据产生影响分析；
（3）根据打开弹簧夹，再次反复缓缓推拉注射器，目的是使产生的气体全部进入EF解答；
（4）根据E处浓H₂SO₄增重（89.4g-87.6g）=1.8g，所以m（H₂O）=1.8g，F处碱石灰增重（87.9g-74.7g）=13.2g，所以m（CO₂）=13.2g，利用反应的化学方程式解答；
Ⅱ．
（5）根据装置B中浓氢氧化钠溶液的作用是除去二氧化碳和氯化氢气体进行解答；根据装置C中澄清石灰水的作用是验证二氧化碳是否被除尽进行解答；
（6）根据氢气的体积以及密度求出氢气的质量，利用氢气的质量求出金属镁的质量即可；
（7）根据用这种方法测定的结果一定偏大，原因是滴加的盐酸占一定体积解答；
（8）理论上可以根据生成二氧化碳的量求样品纯度，但是实际上难以通过实验测得纯净的二氧化碳的质量，因为反应前后装置B的质量差中还包括氯化氢和水蒸气的质量；所以难以求解．

解答 解：氧化镁是白色的，灰黑色物质不可能是氧化镁；
Ⅰ．
（1）按图组装好仪器后，检查气密性，E中所装药品是浓硫酸，吸收碱式碳酸镁生成的水；
（2）二氧化碳和水蒸气会对实验数据产生影响，所以G中装置的作用是：吸收空气中的二氧化碳和水蒸气，防止空气中二氧化碳和水进入F；若没有G装置，二氧化碳的质量变大，则测定的x的值会变大；
（3）打开弹簧夹，再次反复缓缓推拉注射器，目的是使产生的气体全部进入EF；
（4）E处浓H₂SO₄增重（89.4g-87.6g）=1.8g，所以m（H₂O）=1.8g，F处碱石灰增重（87.9g-74.7g）=13.2g，所以m（CO₂）=13.2g，
Mg（OH）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+H₂O    
58                18
x                 1.8g
$\frac{58}{x}=\frac{18}{1.8g}$
x=5.8g
Mg（OH）₂ 的个数为：$\frac{5.8}{58}$=0.1
MgCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+CO₂ ↑
84            44
x             13.2g
$\frac{84}{x}=\frac{44}{13.2g}$
x=25.2g
MgCO₃ 的个数为：$\frac{25.2}{84}$=0.3
该碱式碳酸镁的化学式为3MgCO₃．Mg（OH）₂
Ⅱ．
（5）装置B中浓氢氧化钠溶液的作用是除去二氧化碳和氯化氢气体；装置C中澄清石灰水的作用是验证二氧化碳是否被除尽；
（6）氢气的质量=0.448L×0.089g/L≈0.04g
设生成0.04g氢气至少需要金属镁的质量为x
Mg+H₂SO₄═MgSO₄+H₂↑
24              2
x               0.04g
$\frac{24}{x}=\frac{2}{0.04g}$
x=0.48g
镁带样品纯度=$\frac{0.48g}{1g}×$100%=48%；
所以则称取的样品质量应大于0.48g；
（5）测得二氧化碳的体积偏大，原因可能有：浓盐酸易挥发，产生的氯化氢气体被装置B吸收；二氧化碳气体逸出时带出的水蒸气在装置B中冷凝而被吸收；装置A、B内空气中的二氧化碳被装置B吸收．
答案：
MgO为白色；
Ⅰ．确定镁带表面碱式碳酸镁的成分
（1）检查气密性；  浓硫酸；
（2）防止空气中二氧化碳和水进入F；变大；
（3）使产生的气体全部进入EF；
（4）3MgCO₃．Mg（OH）₂
Ⅱ．测定镁带样品纯度
（5）除CO₂和HCl； 检验二氧化碳是否除尽；
（6）48%；
（7）滴加的盐酸占一定体积；
（8）①②③．

点评 本题主要考查了学生对洗气瓶的接口问题、CO₂ 与氢氧化钠、氢氧化钙反应的现象、用途的知识，同时锻炼了学生的审题能力和综合分析能力．