Question

資料顯示：鎂與飽和碳酸氫鈉溶液反應產生大量氣體和白色不溶物。某同學設計了如下實驗方案并驗證產物、探究反應原理。
（1）提出假設
實驗I：用砂紙擦去鎂條表面氧化膜，將其放入盛有適量滴有酚酞的飽和碳酸氫鈉溶液的試管中，迅速反應，產生大量氣泡和白色不溶物，溶液由淺紅變紅。
該同學對反應中產生的白色不溶物做出如下猜測：
猜測1：白色不溶物可能為                。
猜測2：白色不溶物可能為MgCO₃。
猜測3：白色不溶物可能是堿式碳酸鎂[xMgCO₃·yMg(OH)₂]。
（2）設計定性實驗確定產物并驗證猜測：

實驗序號	實驗	實驗現象	結論
實驗Ⅱ	將實驗I中收集到的氣體點燃	能安靜燃燒、產生淡藍色火焰	氣體成分為 _? _
實驗Ⅲ	取實驗I中的白色不溶物，洗滌， 加入足量?	?	白色不溶物可能含有MgCO3
實驗Ⅳ	取實驗I中的澄清液，向其中加入少量CaCl2稀溶液	產生白色沉淀	溶液中存在 ④        離子

 
（3）為進一步確定實驗I的產物，設計定量實驗方案，如圖所示：

稱取實驗Ⅰ中所得干燥、純凈的白色不溶物22.6 g，充分加熱至不再產生氣體為止，并使分解產生的氣體全部進入裝置A和B中。實驗前后裝置A增重1.8 g，裝置B增重8.8 g，試確定白色不溶物的化學式                    。
（4）用必要的語言文字敘述并結合方程式說明為什么碳酸氫鈉溶液能和鎂反應生成氫氣？

Answer 1

（1）猜測1：Mg(OH)₂（2分） （2）①氫氣  ②稀鹽酸（合理均可）  ③ 產生氣泡，沉淀全部溶解   ④CO₃^2-（各1分）（3） 2MgCO₃·Mg(OH)₂ 或 Mg(OH)₂·2MgCO₃ 或   Mg₃(OH)₂(CO₃)₂      
（4）NaHCO₃溶液中存在如下平衡：HCO₃^-H⁺ +CO₃^2-、H₂OH⁺+OH^-；Mg和H⁺反應生成H₂和Mg²⁺，Mg²⁺跟OH^-、CO₃^2-生成難溶物Mg(OH)₂·2MgCO₃，則H⁺、OH^-、CO₃^2-的濃度均降低，促使上述兩平衡均向右移動。故Mg和飽和NaHCO₃溶液反應產生大量氣體H₂。

解析試題分析：（1）根據猜測2和3可判斷，猜測1應該是白色不溶物可能為Mg(OH)₂。
（2）①能安靜燃燒、產生淡藍色火焰，這說明該氣體應該是氫氣。
②碳酸鎂能溶于酸中放出CO₂氣體，所以可以通過檢驗CO₂來驗證是否含有碳酸鎂，即試劑②可以是稀鹽酸。如果產生氣泡，沉淀全部溶解，則說明只含有的是碳酸鎂。
③如果取實驗I中的澄清液，向其中加入少量CaCl₂稀溶液，能產生白色沉淀，這說明該白色沉淀應該是碳酸鈣，即溶液中含有CO₃^2-。
（3）A中含有濃硫酸，吸收的是水蒸氣，即水蒸氣的質量是1.8g，物質的量是0.1mol。堿石灰吸收的是CO₂，即CO₂的質量是8.8g，物質的量是0.2mol，這說明該白色沉淀是氫氧化鎂和碳酸鎂餓混合物，且二者的物質的量之比是1:2，則化學式為2MgCO₃·Mg(OH)₂ 或 Mg(OH)₂·2MgCO₃或Mg₃(OH)₂(CO₃)₂。
（4）NaHCO₃溶液中存在如下平衡：HCO₃^-H⁺ +CO₃^2-、H₂OH⁺+OH^-；Mg和H⁺反應生成H₂和Mg²⁺，Mg²⁺跟OH^-、CO₃^2-生成難溶物Mg(OH)₂·2MgCO₃，則H⁺、OH^-、CO₃^2-的濃度均降低，促使上述兩平衡均向右移動。故Mg和飽和NaHCO₃溶液反應產生大量氣體H₂。
考點：考查鎂和飽和碳酸氫鈉溶液反應的實驗探究
點評：該題是高考中的常見題型，試題綜合性強，對學生的思維能力要求高。該題以探究鎂和飽和碳酸氫鈉溶液反應為載體，重點考查學生的化學實驗基本操作、實驗分析與評價、定量計算等，有利于培養學生的邏輯思維能力和規范的實驗設計能力。該類試題綜合性強，理論和實踐的聯系緊密，有的還提供一些新的信息，這就要求學生必須認真、細致的審題，聯系所學過的知識和技能，進行知識的類比、遷移、重組，全面細致的思考才能得出正確的結論。