Question

【題目】興趣小組同學從海水曬鹽后的鹽鹵中模擬工業生產來提取鎂，主要流程如下：

（問題討論）

（1）流程中的操作①是_______（填實驗操作名稱）。

（2）一系列操作②中包含蒸發濃縮 、______、過濾等。

（3）電解氯化鎂可以得到鎂和氯氣，該反應的化學方程式為：________，該變化過程是_______能轉化為化學能。

（4）鎂的化學性質比較活潑，能在氮氣中燃燒生成氮化鎂，在氮化鎂中氮元素的化合價為-3，則氮化鎂的化學式為：_______。

（發現問題）鎂是一種銀白色有金屬光澤的金屬。但拿出的鎂條總是有一層灰黑色的“外衣"，這層灰黑色的外衣是什么物質呢?

（查閱資料）（1）Mg(OH)2：白色固體，難溶于水，受熱會分解成氧化鎂和水；

（2）MgCO3： 白色固體，微溶于水，受熱會分解成氧化鎂和二氧化碳；

（3）MgCO3的熱穩定性比Mg(OH)2的熱穩定性更強。

（提出猜想）

小組同學認為該固體不可能是MgO、Mg(OH)2或MgCO3，他們的理由是______；小組同學由銅生銹會產生Cu2(OH)2CO3聯想到灰黑色的物質可能是Mg2(OH)2CO3。

（實驗分析）

按圖所示裝置進行實驗，發現試管口有液滴出現，說明反應產生了______；澄清石灰水變渾濁（變渾濁的化學方程式為__________）；同時灰黑色固體完全變為白色。若灰黑色固體是Mg2(OH)2CO3，請寫出Mg2(OH)2CO3受熱分解的化學方程式__________。

（組成測定）

工業生產中得到的堿式碳酸鎂晶體是xMgCO3yMg(OH)2zH2O，為精確測量晶體的組成，小組同學取4.66g該晶體，用熱分析儀對固體進行熱分解（加熱使之逐步分解，首先失去結晶水，最后完全反應），測定剩余固體質量與分解溫度之間關系。

（數據處理）剩余固體質量與加熱時間關系如圖所示：

請回答下列問題：

（1）0～t1固體質量沒有發生變化的原因可能______。

（2）晶體中結晶水的質量為_________g。

（3）t4～t5段固體為______和MgO（寫化學式）。

（4）根據圖中數據推算xMgCO3yMg(OH)2zH2O中x∶y∶z的最簡比= ______。（寫簡要過程）

Answer 1

【答案】過濾 降溫結晶 MgCl2Mg+ Cl2 ↑ 電 Mg3N2 MgO、Mg(OH)2或MgCO3均為白色固體，鎂條外面是灰黑色 水 CO2+Ca(OH)2＝ CaCO3↓+H2O Mg2(OH)2CO32MgO+H2O+CO2↑ 溫度沒有達到晶體分解所需的最低溫度 0.72g MgCO3 4:1:4

【解析】

[問題討論]

（1）操作①將物質固液分離，故為過濾；

（2）②操作由溶液得到晶體，故②中包含蒸發濃縮 、降溫結晶、過濾等；

（3）電解氯化鎂可以得到鎂和氯氣，該反應的化學方程式為：MgCl2 Mg+ Cl2 ↑，該變化過程是將電能轉化為化學能；

（4）已知氮化鎂中氮元素的化合價為-3，根據化合物化合價代數和為零，則氮化鎂的化學式為：Mg3N2；

[提出猜想]

因MgO、Mg(OH)2或MgCO3均為白色固體，而鎂條外面是灰黑色，則該固體不可能是MgO、Mg(OH)2或MgCO3；

[實驗分析]

試管口有液滴出現，說明反應產生了水，澄清石灰水變渾濁則證明有二氧化碳生成，反應化學方程式為：CO2+Ca(OH)2＝ CaCO3↓+H2O，同時灰黑色固體完全變為白色，白色固體應是氧化鎂，由上可知黑色固體受熱生成了水、二氧化碳、氧化鎂，故Mg2(OH)2CO3受熱分解的化學方程式為：Mg2(OH)2CO32MgO+H2O+CO2↑；

[數據處理]

分析圖像可知，0-t1應是溫度沒有達到晶體分解所需的最低溫度，故固體質量不變，t1-t2為固體中結晶水蒸發，結合已知資料MgCO3的熱穩定性比Mg(OH)2的熱穩定性更強，則t3-t4是氫氧化鎂分解，t5-t6是碳酸鎂分解。

（1）0～t1固體質量沒有發生變化的原因可能度沒有達到晶體分解所需的最低溫度；

（2）t1-t2為固體中結晶水蒸發，質量為：4.66g-3.94g=0.72g；

（3）結合已知資料MgCO3的熱穩定性比Mg(OH)2的熱穩定性更強，則t3-t4是氫氧化鎂分解，t5-t6是碳酸鎂分解，則t4～t5段固體為MgCO3和MgO；

（4）堿式碳酸鎂的相對分子質量為：84x+58y+18z，

氧化鎂質量為：2.00g，則鎂元素的質量為：，

二氧化碳質量為：3.76g-2.00g=1.76g，則碳元素的質量為：，

水的質量為：（4.66g-3.94g）+（3.94g-3.76g）=0.9g，則氫元素的質量為：，結合化學方程式則有： ，

，

，

解得x=4，y=1，z=4，

即xMgCO3yMg(OH)2zH2O中x∶y∶z的最簡比=4:1:4。