Question

【題目】鎂及其化合物在工業上有廣泛的應用。

完成下列計算：

(1)稱取某鎂鋁合金10g，放入100mL3mol/L的NaOH溶液中，完全反應收集到6.72L的H2（標準狀況）。該合金中鎂的質量分數為___。

(2)將鎂條在空氣中燃燒后的產物溶解在50mL1.6mol/L的鹽酸中恰好完全反應，再加入過量NaOH把NH3全部蒸發出來，經測定NH3為0.102g，則鎂條在空氣中燃燒的產物及質量為___。

(3)Mg(HCO3)2溶液加熱分解，得到產品輕質碳酸鎂。18.2g輕質碳酸鎂樣品經高溫完全分解后得8.0g氧化鎂固體，放出3.36L二氧化碳（標準狀況），求輕質碳酸鎂的化學式___。

(4)氯離子插層的鎂鋁水滑石（Mg-Al-ClLDHs）是一種新型的陰離子交換材料。其結構示意圖如圖所示（每一層可視作平面無限延伸結構）。該離子交換原理是將插層離子與其它陰離子進行等電荷交換。取鎂鋁水滑石10.66g與0.02molNa2CO3發生完全交換，產物在高溫下完全分解，得到金屬氧化物和氣體。將金屬氧化物加入稀硝酸完全溶解后，再加入NaOH溶液直至過量，最終得到4.64g白色沉淀。求Mg-Al-ClLDHs的化學式___。

Answer 1

【答案】46% MgO 1.12g；Mg3N2 0.3g 3MgCO3Mg(OH)23H2O Mg2Al(OH)6Cl3H2O

【解析】

(1)發生反應：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，根據方程式計算Al的質量，進而計算Mg的質量，再計算合金中Mg的質量分數；

(2)Mg條在空氣中燃燒生成MgO與Mg3N2，根據氮原子守恒計算n(Mg3N2)，進而計算m(Mg3N2)，與鹽酸反應生成氯化鎂與氯化銨，根據氯離子守恒計算n(MgCl2)，再根據Mg原子守恒計算n(MgO)，進而計算m(MgO)；

(3)18.2g輕質碳酸鎂樣品經高溫完全分解后得8.0g 氧化鎂固體，放出3.36L二氧化碳（標準狀況），二氧化碳的質量為×44g/mol=6.6g，而8g+6.6g=14.6g＜18.2g，故有水生成，則生成水的質量為18.2g-14.6g=3.6g，根據碳原子守恒計算n(CO32﹣)，根據Mg原子守恒計算n(Mg2+)，根據電荷守恒判斷計算n(OH﹣)，再根據H元素守恒判斷計算n(H2O)，進而確定其化學式；

(4)氯離子插層的鎂鋁水滑石中氯離子與碳酸根離子交換，根據電荷守恒可以計算n(Cl﹣)；完全交換產物在高溫下完全分解，得到金屬氧化物和氣體，應是氧化鎂、氧化鋁與二氧化碳，將金屬氧化物加入稀硝酸完全溶解后，再加入NaOH溶液直至過量，最終得到4.64g白色沉淀為Mg(OH)2，據此計算n(Mg2+)，由結構示意圖可知，Mg2+與Al3+的個數比為2:1，據此計算n(Al3+)，再根據電荷守恒計算n(OH﹣)，根據質量守恒判斷計算n(H2O)，進而確定Mg﹣Al﹣Cl LDHs的化學式。

(1)氫氣的物質的量為=0.3mol，發生反應：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，可知Al的物質的量為0.2mol，Al的質量為0.2mol×27g/mol=5.4g，Mg的質量為10g-5.4g=4.6g，故合金中Mg的質量分數為=46%。答案為：46%；

(2)Mg條在空氣中燃燒生成MgO與Mg3N2，根據氮原子守恒n(Mg3N2)=n(NH3)=×=0.003mol，故m(Mg3N2)=0.003mol×100g/mol=0.3g，燃燒產物與鹽酸反應生成氯化鎂與氯化銨，根據氯離子守恒2n(MgCl2)+n(NH4Cl)=n(HCl)，即2n(MgCl2)+=0.05L×1.6mol/L，則n(MgCl2)=0.037mol，根據Mg原子守恒n(MgO)+3n(Mg3N2)= n(MgCl2)，故n(MgO)=0.037mol-0.003mol×3=0.028mol，故m(MgO)=0.028mol×40g/mol=1.12g。答案為：MgO 1.12g；Mg3N2 0.3g；

(3)18.2g輕質碳酸鎂樣品經高溫完全分解后得8.0g 氧化鎂固體，放出3.36L二氧化碳（標準狀況），二氧化碳的質量為×44g/mol=6.6g，而8g+6.6g=14.6g＜18.2g，故有水生成，則生成水的質量為18.2g-14.6g=3.6g，放出CO2的物質的量為=0.15 mol，則span>n(CO32﹣)=0.15 mol，由題意n(Mg2+)=n(MgO)==0.2 mol，

由題意根據電荷守恒，得n(OH﹣)=2n(Mg2+)-2n(CO32﹣)=0.1mol，

則n(H2O)=(18.2g-0.1mol×24g/mol-0.15mol×60g/mol-0.1mol×17g/mol)÷18g/mol=0.15 mol，

故n(MgCO3):n[Mg(OH)2]:n(H2O)=0.15mol: (0.2mol-0.15mol):0.15mol=3:1:3，

可得出晶體的化學式為3MgCO3Mg(OH)23H2O。答案為：3MgCO3Mg(OH)23H2O；

(4)氯離子插層的鎂鋁水滑石中氯離子與碳酸根離子交換，根據電荷守恒n(Cl﹣)=2n(CO32﹣)=0.02mol×2=0.04mol，完全交換產物在高溫下完全分解，得到金屬氧化物和氣體，應是氧化鎂、氧化鋁與二氧化碳，將金屬氧化物加入稀硝酸完全溶解后，再加入NaOH溶液直至過量，最終得到4.64g白色沉淀為Mg(OH)2，則n(Mg2+)=n[Mg(OH)2]==0.08mol，由結構示意圖可知，Mg2+與Al3+的個數比為2:1，n(Al3+)= n(Mg2+)=0.04mol，根據電荷守恒n(OH﹣)=0.04mol×3+0.08mol×2-0.04mol×1=0.24mol，

根據質量守恒則n(H2O)=(10.66g-0.04mol×27g/mol-0.08mol×24g/mol-0.04mol×35.5g/mol-0.24mol×17g/mol)÷18g/mol=0.12mol，故n(Al3+):n(Mg2+):n(OH﹣):n(Cl﹣):n(H2O)=0.04:0.08:0.24:0.04:0.12=1:2:6:1:3，故鎂鋁水滑石的化學式為Mg2Al(OH)6Cl3H2O，答案為：Mg2Al(OH)6Cl3H2O。