Question

5．金属材料在生产、生活中广泛应用，有许多性质等内容需要探究．
（1）下表提供了在一定条件下，水能否与一些金属发生反应的信息．
①请根据金属活动性顺序和表中的已知信息，将表格填写完整．

物质	钠与冷水	镁与冷水	镁与水蒸汽	铁与冷水	铁与水蒸气
能否发生反应	剧烈反应	缓慢反应	剧烈反应	不反应	加热条件下能反应

②虽然铁在常温下与水不反应，但铁制品在潮湿的环境中很容易生锈．某同学进行了如图1所示实验．一周以后发现铁钉表面锈蚀．在图中a、b、c三处，锈蚀情况最严重的是b（填字母）．

（2）镁条在空气中久置表面会变黑，某小组同学设计并进行实验，探究镁条变黑的条件．
【查阅资料】①常温下，亚硫酸钠（Na₂SO₃）可与O₂发生化合反应；
②浓硫酸具有吸水性．
【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，利用图2装置（镁条长度为3cm，试管容积为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CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O（用化学方程式表示）．
②实验1的目的是检验只用氧气是否会使镁条变黑．
③实验3中，试管内的气体主要含有CO₂、氧气、氮气．
④得出“镁条变黑一定与CO₂有关”的结论，依据的两个实验是2、5（填编号）．
⑤由上述实验可推知，镁条变黑的条件是水、二氧化碳、氧气．
【反思与评价】
⑥在猜想与假设时，同学们认为镁条变黑与N₂无关，其理由是常温下氮气的化学性质不活泼，很难与其它物质反应．
⑦欲进一步证明镁条表面的黑色物质中含有碳酸盐，所需试剂是稀盐酸和澄清的石灰水．

Answer 1

分析 （1）根据表格可以发现，温度影响化学反应的进行，铁在有水和氧气并存时易生锈；
（2）①根据题意，常温下，镁条变黑可能与O₂、CO₂、水蒸气有关，进行分析解答．
②根据用NaOH浓溶液洗涤过的空气中不含二氧化碳，进行分析解答．
③根据氢氧化钠溶液能吸收二氧化碳，浓硫酸检验吸水性，能除去水蒸气，进行分析解答．
④得出“镁条变黑一定与CO₂有关”结论，可结合控制变量法，进行分析解答．
⑤由通过控制与镁条接触的物质进行下列5个实验，进行分析解答．
⑥根据氮气的化学性质不活泼，进行分析解答．
⑦根据碳酸盐的检验方法，进行分析解答

解答 解：（1）①根据表格可以发现，铁与冷水不反应，与水蒸气能反应，说明温度影响反应的进行，在金属活动性顺序中镁在铁的前面，活动性比铁强，故镁能与水蒸气剧烈反应；故填：剧烈反应；
②铁在有水和氧气并存时易生锈，故填：b；
（2）①常温下，镁条变黑可能与O₂、CO₂、水蒸气有关，故要除去二氧化碳，氢氧化钠溶液能与二氧化碳反应生成碳酸钠和水，反应的化学方程式为：CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O．
②常温下，镁条变黑可能与O₂、CO₂、水蒸气有关，先充满用NaOH浓溶液洗涤过的空气再加入2mL浓硫酸，除去了二氧化碳和水蒸气，实验1的目的是检验只用氧气是否会使镁条变黑．
③氢氧化钠溶液能吸收二氧化碳，浓硫酸检验吸水性，能除去水蒸气，实验3中，试管内的气体主要含有CO₂、氧气、氮气．
④证明“镁条变黑一定与CO₂有关”，依据的两个实验是2、5，加入2mLNaOH浓溶液，镁条始终无明显变化，说明氧气、水蒸气不是镁条变黑的条件；先加入2mL蒸馏水再通入约4mLCO₂，镁条第3天开始变黑至第20天全部变黑，说明镁条变黑一定与CO₂有关．
⑤由上述分析，结合常温下，亚硫酸钠（Na₂SO₃）可与O₂发生化合反应，先加入4mL饱和Na₂SO₃溶液再充满CO₂，能除去氧气，镁条始终无明显变化，说明镁条只与与二氧化碳、水接触不会变黑；先加入2mL蒸馏水再通入约4mLCO₂，由上述实验可推知，镁条变黑的条件是水、二氧化碳、氧气．
⑥在猜想与假设时，同学们认为镁条变黑与N₂无关，因为氮气的化学性质不活泼，很难与其它物质反应．
⑦欲进一步证明镁条表面的黑色物质中含有碳酸盐，可选用稀盐酸和澄清的石灰水，若产生气泡，气体能使澄清的石灰水变浑浊，说明含有碳酸盐．
故答案为：①CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O；②检验只用氧气是否会使镁条变黑；③氧气、氮气；④2、5；⑤水、二氧化碳、氧气；⑥常温下氮气的化学性质不活泼，很难与其它物质反应；⑥稀盐酸和澄清的石灰水．

点评 本题有一定难度，明确实验探究的目的，熟练掌握碱的化学性质、碳酸盐的检验方法、常见气体的性质等是正确解答本题的关键．