Question

16．资料显示：镁与饱和碳酸氢钠溶液反应产生大量气体和白色不溶物．某同学设计了如下实验方案，验证反应产物并探究发生反应的化学方程式．
已知：①MgCO₃和Mg（OH）₂均为白色不溶物．
②MgCO₃和Mg（OH）₂均可跟盐酸发生复分解反应．
③酚酞遇碳酸氢钠溶液呈浅红色，酚酞遇碳酸钠溶液呈红色．
④CaCl₂+Na₂CO₃═CaCO₃↓+2NaCl
（1）提出假设
实验I：用砂纸擦去镁条表面氧化膜，将其放入盛有适量滴有酚酞的饱和碳酸氢钠溶液的试管中，迅速反应，产生大量气泡和白色不溶物，溶液由浅红变红．
该同学对反应中产生的白色不溶物做出如下猜测：
猜测1：白色不溶物可能是MgCO₃
猜测2：白色不溶物可能是Mg（OH）₂
猜测3：白色不溶物可能是MgCO₃和Mg（OH）₂的混合物．
（2）设计定性实验确定产物并验证猜测：

实验序号	实验操作	实验现象	结论
实验Ⅱ	将实验I中收集到的气体点燃	能安静燃烧、产生淡蓝色火焰	气体为氢气
实验Ⅲ	①取实验I中少量的白色悬浊液，过滤，洗涤干净沉淀， 之后向沉淀中加入足量稀盐酸	②产生气泡，沉淀全部溶解	白色不溶物含有MgCO3
实验Ⅳ	取实验I中的澄清液，向其中加入少量CaCl2稀溶液	只有白色沉淀产生	③澄清液中一定含有的溶质是Na2CO3（填化学式）

（3）为进一步确定实验I的产物，设计定量实验方案，如图所示：

已知：MgCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+CO₂↑
Mg（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+H₂O
碱石灰可以吸收二氧化碳和水蒸气
①右图所示实验装置D中碱石灰的作用是防止空气中的二氧化碳和水蒸气被B中碱石灰吸收，造成实验误差．
②称取实验Ⅰ中所得干燥、纯净的白色不溶物22.6g，充分加热至不再产生气体为止，并使分解产生的气体全部进入装置A和B中．实验前后装置A增重1.8g，装置B增重8.8g，请分析数据并结合实验Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的结论，补全镁与饱和碳酸氢钠溶液反应的化学方程式：3MgMg+4NaHCO₃+2H₂O═2MgCO₃↓+Mg（OH）₂↓+3H₂↑+2Na₂CO₃．

Answer 1

分析 （1）根据猜想可知，白色不溶物可能是氢氧化镁，可能是碳酸镁，也可能是碳酸镁和氢氧化镁的混合物进行分析；
（2）根据碳酸镁不溶于水，溶于酸，会与酸反应生成二氧化碳气体，氯化钙和碳酸钠反应会生成白色的碳酸钙沉淀进行分析；
（3）①根据B中碱石灰质量的增加量就是生成的二氧化碳的质量，取用B不能直接与空气接触，为了防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入装置B中，影响实验结果，在B装置的尾部连接一个吸收空气中二氧化碳和水蒸气的装置进行分析；
②根据B中碱石灰增加的质量就是生成的二氧化碳，然后计算出碳酸镁的质量，剩余的固体就是氢氧化镁的质量，然后结合前面的验证书写化学方程式．

解答 解：（1）依据猜想可知，白色不溶于可能是氢氧化镁，可能是碳酸镁，也可能是碳酸镁和氢氧化镁的混合物，化学式为：MgCO₃和Mg（OH）₂的混合物；
（2）碳酸镁不溶于水，溶于酸，会与酸反应生成二氧化碳气体，氯化钙和碳酸钠反应会生成白色的碳酸钙沉淀，所以

实验序号	实验操作	实验现象	结论
实验Ⅱ	将实验I中收集到的气体点燃	能安静燃烧、产生淡蓝色火焰	气体为氢气
实验Ⅲ	①取实验I中少量的白色悬浊液，过滤，洗涤干净沉淀，之后向沉淀中加入足量稀盐酸	②产生气泡，沉淀全部溶解	白色不溶物含有MgCO3
实验Ⅳ	取实验I中的澄清液，向其中加入少量CaCl2稀溶液	只有白色沉淀产生	③澄清液中一定含有的溶质是Na2CO3

（3）①B中碱石灰质量的增加量就是生成的二氧化碳的质量，取用B不能直接与空气接触，为了防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入装置B中，影响实验结果，在B装置的尾部连接一个吸收空气中二氧化碳和水蒸气的装置，防止空气中的二氧化碳和水蒸气被B中碱石灰吸收，造成实验误差；
②B中碱石灰增加的质量就是生成的二氧化碳，所以生成的二氧化碳质量就是8.8g，
设生成8.8g二氧化碳，需要碳酸镁的质量为x，
MgCO₃+2HCl=MgCl₂+H₂O+CO₂↑
84                    44
x                     8.8g
 $\frac{84}{x}$=$\frac{44}{8.8g}$
  x=16.8g
所以生成氢氧化镁的质量为：22.6g-16.8g=5.8g；
所以碳酸钠和氢氧化镁的物质的量之比是：$\frac{16.8g}{84g/mol}$：$\frac{5.8g}{58g/mol}$=0.2：0.1=2：1，
所以镁与饱和碳酸氢钠溶液反应生成碳酸镁、氢氧化镁、碳酸钠、氢气，化学方程式为：3Mg+4NaHCO₃+2H₂O═2MgCO₃↓+Mg（OH）₂↓+3H₂↑+2Na₂CO₃．
故答案为：（1）MgCO₃和Mg（OH）₂的混合物；
（2）①过滤，洗涤干净沉淀，之后向沉淀中加入足量稀盐酸；
②产生气泡，沉淀全部溶解；
③Na₂CO₃；
（3）①防止空气中的二氧化碳和水蒸气被B中碱石灰吸收，造成实验误差；
②3Mg+4NaHCO₃+2H₂O═2MgCO₃↓+Mg（OH）₂↓+3H₂↑+2Na₂CO₃．

点评 本题难度较大，考查全面，从定性和定量两个方面确定物质的种类，关键在于知道碳酸根离子与酸反应能产生二氧化碳，镁和氢离子反应会生成氢气等知识进行分析．