Question

【题目】兴趣小组同学发现镁条在空气中久置表面会变黑，同学们对镁条变黑的条件及生成物进行了相关的探究。

（一）镁条变黑条件的探究

（查阅资料）常温下，亚硫酸钠（Na2SO3）可与O2发生化合反应。

（猜想与假设）常温下，镁条变黑可能与O2、CO2、水蒸气有关。

（进行实验）通过控制与镁条接触的物质，利用如图装置（镁条长度为3cm，试管容积20mL），分别进行下列5个实验，并持续观察20天。

编号	主要实验操作	实验现象
1	先充满用NaOH浓溶液洗涤过的空气再加入2mL浓硫酸	镁条始终无明显变化
2	加入2mLNaOH浓溶液	镁条始终无明显变化
3	先加入2mL浓硫酸再通入约4mLCO2	镁条始终无明显变化
4	先加入4mL饱和Na2SO3溶液再充满CO2	镁条始终无明显变化
5	先加入2mL蒸馏水再通入约4mLCO2	镁条第3天开始变黑至20天全部变黑

（解释与结论）

（1）实验1和2中，NaOH浓溶液的作用是_____（用化学方程式表示）。

（2）实验3中，试管内的气体主要含有CO2、_____。

（3）得出“镁条变黑一定与CO2有关”结论，依据的两个实验是_____（填编号）。

（4）根据上述实验，兴趣小组同学得出结论：镁条表面黑色物质的形成与_____有关。

（反思与评价）

（5）在猜想与假设时，同学们认为镁条变黑与N2无关，其理由是_____。

（二）对镁条变黑后生成物的探究

兴趣小组同学查阅资料，了解到镁条表面的黑色物质是一种混合物，其中主要成分碱式碳酸镁可表示为a Mg(OH)2·b MgCO3·c H2O。

（查阅资料）①Mg(OH)2、MgCO3受热易分解，各生成对应的两种氧化物；

②碱石灰是CaO和NaOH的固体混合物。

（进行实验）兴趣小组同学为进一步确定碱式碳酸镁组成，称取购买的碱式碳酸镁固体18.2g；装入硬质玻璃管，按如下图所示装置进行实验（假设装置A、C、D中所装药品均足量）。

步骤一：连接A和B，打开活塞，通入空气；

步骤二：点燃酒精灯，依次连接装置A→B→_____→_____（填“C”，“D”）；

步骤三：待装置B中固体完全反应后，停止加热，继续通入空气，直至冷却。反应前后称量相关装置和物质的总质量，其数据如下表：

	反应前	反应后
C：试管和所盛溶液	45.0g	48.6g
D：干燥管和固体	75.8g	82.4g

（解释与结论）

（1）“步骤三”中，当反应结束后，继续通入空气的目的是_____（写一条）。

（2）假设上述数据均准确，通过计算可得：该碱式碳酸镁中a:b:c=_____。

（3）有同学提出，在“步骤二”连接装置的最末端应再接一套装有碱石灰的装置，这样改进的目的是_____。

Answer 1

【答案】2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O 氧气（O2） 2和5 H2O、CO2、O2 氮气的化学性质不活泼，常温下很难和Mg反应 C D 将残留在装置中的H2O和CO2带入吸收装置C、D中，使生成的气体全部被吸收 1：3：3 防止外界空气进入装置D中，影响D的增重的测定

【解析】

（一）[解释与结论]

（1）氢氧化钠可以与二氧化碳反应，故可用于吸收空气中的二氧化碳，故实验1和2中，NaOH浓溶液的作用是吸收二氧化碳，其化学方程式为：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O；故填：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O

（2）实验3中加入了浓硫酸，气体中不含有水蒸气，加入了4mLCO2，所以主要参与反应的气体是O2和CO2；故填：氧气（O2）

（3）要证明镁条变黑需要二氧化碳，需要用所有条件都具备的实验与只缺少二氧化碳的实验对照，因此选编号2、5的实验；故填：2和5

（4）根据对照的结果，可以知道镁条变黑与H2O、CO2、O2有关；故填：H2O、CO2、O2

[反思与评价]

（5）由于氮气的化学性质不活泼，常温下很难和Mg反应，因此在猜想与假设时，同学们认为镁条变黑与N2无关；故填：氮气的化学性质不活泼，常温下很难和Mg反应

（二）[进行实验]

步骤二：根据实验的原理，碱式碳酸镁分解产生H2O、CO2，因此用吸收剂吸收生成物时先用浓硫酸吸收H2O后用碱石灰吸收CO2；故填：C；D

[解释与结论]

（1）由于需要准确测定水蒸气和二氧化碳的质量，因此“步骤三”中，当反应结束后，继续通入空气将残留在装置中的H2O和CO2带入吸收装置C、D中，使生成的气体全部被吸收；故填：将残留在装置中的H2O和CO2带入吸收装置C、D中，使生成的气体全部被吸收

（2）从题目中的数据可知，生成m(H2O)48.6g-45.0g=3.6g，生成m(CO2)82.4g-75.8g=6.6g，生成(MgO)18.2g-3.6g-6.6g=8g。可以计算出H2O、CO2、MgO的分子个数比是4:3:4。根据碱式碳酸镁分解的化学方程式为：aMg(OH)2·bMgCO3·cH2O(a+b)MgO+bCO2↑+(a+c)H2O可知，（a+b）：b：（a+c）=4：3：4，因此a：b：c=1：3：3；故填：1：3：3

（3）为了防止外界空气进入装置D中，影响D的增重的测定，需要在“步骤二”连接装置的最末端应再接一套装有碱石灰的装置；故填：防止外界空气进入装置D中，影响D的增重的测定