Question

13．以下是甲、乙两同学对镁相关实验的系列研究．
研究一：镁与盐酸反应过程中的能量变化以及反应速率的变化：
（1）反应中试管外壁发烫，说明镁与稀盐酸反应是放热反应（填“吸热”或“放热”）．
（2）实验测得镁片产生气体的速率（v）与时间（t）的关系如图1所示，
则t₁～t₂时间内反应速率逐渐加快的主要原因是镁与盐酸反应放热，温度越高反应速度越快．
镁与盐酸反应的化学方程式：Mg+2HCl=MgCl₂+H₂↑．
研究二：反应后所得溶液的酸碱性探究：：
（3）甲同学反应后用pH试纸测定试管中溶液的酸碱性，发现pH小于7，说明甲同学所得溶液呈酸性．
甲同学：猜想Ⅰ：稀盐酸过量，使溶液呈酸性；猜想Ⅱ：氯化镁溶液呈酸性．为验证猜想，甲同学需测定氯化镁溶液的酸碱性，实验表明该溶液显弱酸性．
（4）乙同学重复甲同学实验时，发现反应后所得试管中溶液pH大于7，说明溶液呈碱性．发现实验与甲同学实验不同的是，反应后的试管中镁条有剩余．
乙同学猜想可能是镁与热水反应生成了碱性物质．乙同学为验证猜想，在滴有两滴酚酞的热水中放入一段打磨过的镁条，观察到溶液很快变为红色，同时还观察到镁条表面有气体生成，收集并点燃该气体，发现能燃烧．乙同学查阅资料得知，镁可以与水发生置换反应，请写出镁与水反应的化学方程式Mg+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂+H₂↑．
（5）活泼金属能与水在一定条件下反应．实验发现钠与冷水剧烈反应，产生大量的气体．由此可见金属与水反应与金属的活动性顺序有关（填“有关”或“无关”）．
研究三：金属活动性强弱与原子结构的关系：
如图2为镁原子、钙原子和钡原子结构示意图．已知其中Ba的活动性最强，据此推测，金属的活动性除与原子的最外层电子数有关，还与电子层数有关．
研究四：确定镁条的成分：
称取3.2g表面被氧化的镁条，放入100g稀盐酸中恰好完全反应，得到氢气0.2g．求：
（6）此镁条中金属镁的质量为2.4g．
（7）反应后所得溶液中溶质的质量11.4g．（写出计算过程）
氧化镁与稀盐酸能反应，类似盐酸除铁锈的原理．

Answer 1

分析 研究一、
（1）依据反应时温度的变化分析反应时能量的变化进行解答；
（2）依据图示结合题意解释反应规律，依据镁与盐酸反应会生成氢气及氯化镁书写方程式；
研究二、
（3）依据酸碱性溶液pH的大小进行分析判断；
（4）根据甲乙同学的不同猜想分析两人必做的实验操作，以据反应的现象结合质量守恒定律的有关应用对化学方程式进行书写即可；
（5）根据活泼金属与水反应的条件分析即可；
研究三、根据钙镁钡活动性强弱的关系结合原子结构示意图分析与金属的活动性有关的相关因素；
研究四：确定镁条的成分：
（6）氧化镁和稀盐酸反应生成氯化镁和水，镁和稀盐酸反应生成氯化镁和氢气，根据生成氢气的质量可以计算镁的质量；
（7）进一步可以计算氧化镁的质量，从而可以计算反应后所得溶液的溶质质量分数．．

解答 解：研究一、
（1）反应中试管外壁发烫，说明镁与稀盐酸反应是放热反应．
（2）由于镁与盐酸反应放热，温度越高反应速度越快；镁与盐酸反应会生成氢气及氯化镁，所以镁与盐酸反应的化学方程式：Mg+2HCl=MgCl₂+H₂↑；
研究二、
（3）pH小于7的溶液呈酸性，由于该溶液显酸性，所以要测定氯化镁溶液的酸碱性；
（4）氯化镁溶液的酸碱性，在滴有两滴酚酞的热水中放入一段打磨过的镁条，观察到溶液很快变为红色，说明生成了碱性物质，同时还观察到镁条表面有气体生成，收集并点燃该气体，发现能燃烧说明生成了可燃性气体，根据质量守恒定律中反应前后元素的种类不变，可知该反应的产物是氢氧化镁和氢气，
其方程式为：Mg+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂+H₂↑；
（5）依据钠与水反应不需要加热，而镁与水反应需要加热可知：金属与水的反应与金属活动性顺序有关．
研究三、由所学可知钙的活动性强于镁，题目告诉我们已知其中Ba的活动性最强，从粒子结构示意图分析可知三种金属元素的最外层电子数均为2，从而说明最外层电子数相同时，电子层数越多其活动性越强，据此推测，金属的活动性除与原子的最外层电子数有关，还与电子层数有关．
研究四：确定镁条的成分：
（6）设镁的质量为x，生成氯化镁的质量为y，
Mg+2HCl═MgCl₂+H₂↑，
24                  95   2
x                    y   0.2g
$\frac{24}{x}$=$\frac{95}{y}$=$\frac{2}{0.2g}$，
x=2.4g，y=9.5g，
答：镁的质量是2.4g．
（7）设氧化镁和稀盐酸反应生成氯化镁的质量为z，
MgO+2HCl═MgCl₂+H₂O，
40                  95
3.2g-2.4g         z
$\frac{40}{3.2g-2.4g}$=$\frac{95}{z}$，
z=1.9g，
反应后所得溶液的溶质质量为：9.5g+1.9g=11.4g，
答：反应后所得溶液的溶质质量分数为11.4g．
故本题答案为：（1）放热；
（2）镁与盐酸反应放热，温度越高反应速度越快；Mg+2HCl=MgCl₂+H₂↑；
（3）氯化镁；
（4）Mg+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂+H₂↑；
（5）有关；电子层数；
（6）2.4g；
（7）11.4g．

点评 此题是一道实验探究题，解题的关键是分析实验的过程，并结合题中所给的信息结合所学相关知识对问题进行探讨与分析，还考查学生运用假设法和化学方程式进行计算和推断的能力，计算时要注意规范性和准确性．