Question

【題目】某學習小組探究 Mg 與 NaHCO3 溶液反應的機理，做了如下探究。

實驗一：

	實驗 A	實驗 B
操作	在注射器中加入過量鎂片（擦去表面氧化膜）， 吸入 15mL 飽和 NaHCO3 溶液。	在注射器中加入過量鎂片（擦去表面 氧化膜），吸入 15mL 蒸餾水。
現象	有氣體產生，20min 后注射器內壁和底部產生 大量白色沉淀	緩慢產生氣體

（1）寫出 B 中生成氣體的化學方程式_____。

實驗二：

（2）實驗 A 產生的氣體有_____。

實驗三：分別取少量實驗 A 和 B 的上層清液于兩支試管中，各加入 2 滴 BaCl2 溶液，A 中立即產生白色沉淀，B 中無明顯現象。

（3）實驗三說明 Mg 與 NaHCO3 溶液反應產生了_____（填離子符號）。對 A 中白色固體的成分提出假設：

I．白色固體是 Mg(OH)2；II．白色固體是 MgCO3；III．白色固體是堿式碳酸鎂。

實驗四：

將 A 中白色沉淀過濾、洗滌后，取 0.1mol 加入 1mol/L 鹽酸 800mL 恰好完全反應，產生標況下的 CO2 氣體 6.72L。

（4）白色沉淀的主要成分為_____（寫化學式）。

（5）綜上所述，結合平衡移動原理解釋實驗 A 中產生現象的原因____________________________。

Answer 1

【答案】Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑ CO2 CO32- Mg4(OH)2(CO3)3 在碳酸氫鈉溶液中存在著電離平衡HCO3- H++ CO32-和水解平衡HCO3- + H2OH2CO3+OH-，Mg與H+反應生成Mg2+和H2促進了電離平衡正向移動，Mg2+和CO32-、OH-反應生成Mg4(OH)2(CO3)3沉淀，減少了CO32-、OH-的濃度，不僅促進了電離平衡正向移動，也促進了水解平衡正向移動，H2CO3的濃度增大并分解為CO2。

【解析】

該學習小組探究 Mg 與NaHCO3溶液反應的機理，根據產生的氣體具有可燃性可知氣體中有H2；根據產生的氣體能使澄清的石灰水變渾濁，可以確定其中有CO2；根據實驗三可知反應后的溶液中有CO32-；根據定量實驗的數據可以確定沉淀的化學式；根據平衡移動原理可說明該反應的機理。

(1)鎂在常溫下可以與水緩慢反應生成氫氧化鎂和氫氣，所以B 中生成氣體的化學方程式為Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑。

(2)實驗 A 產生的氣體能使澄清的石灰水變渾濁，說明A中產生的氣體中還有CO2。

(3)分別取少量實驗 A 和 B 的上層清液于兩支試管中，各加入 2 滴BaCl2溶液，A 中立即產生白色沉淀，該沉淀可能為碳酸鋇，說明 Mg 與NaHCO3溶液反應產生了CO32-。

(4)取 0.1mol 白色沉淀加入 1mol/L 鹽酸 800mL 恰好完全反應，根據Cl-守恒可知n(MgCl2)=0.4mol；根據產生標況下的CO2氣體 6.72L，可知CO2氣體的物質的量為0.3mol，則n(CO32-)=0.3mol；根據電荷守恒可知，n(OH-)=0.2mol。因此，白色沉淀的主要成分為Mg4(OH)2(CO3)3。

(5)在碳酸氫鈉溶液中存在著電離平衡HCO3- H++ CO32-和水解平衡HCO3- + H2OH2CO3+OH-。Mg與H+反應生成Mg2+和H2促進了電離平衡正向移動，Mg2+和CO32-、OH-反應生成Mg4(OH)2(CO3)3沉淀，減少了CO32-、OH-的濃度，不僅促進了電離平衡正向移動，也促進了水解平衡正向移動，H2CO3的濃度增大并分解為CO2。綜上所述，實驗 A 中產生現象的原因是：在碳酸氫鈉溶液中存在著電離平衡HCO3- H++ CO32-和水解平衡HCO3- + H2OH2CO3+OH-，Mg與H+反應生成Mg2+和H2促進了電離平衡正向移動；Mg2+和CO32-、OH-反應生成Mg4(OH)2(CO3)3沉淀，減少了CO32-和OH-的濃度，不僅促進了電離平衡正向移動，也促進了水解平衡正向移動，H2CO3的濃度增大并分解為CO2。