Question

11．镁及其化合物性质研究：

（1）某学生根据镁与CO₂反应，推测Mg能在NO₂中燃烧，可能产物为MgO、N₂和Mg₃N₂．通过如下实验装置来验证反应产物（夹持装置省略，部分仪器可重复使用）．
已知：Mg₃N₂遇水强烈反应，NO₂气体能被NaOH吸收．NH₃•H₂O的电离常数与CH₃COOH电离常数相等，均为1.75×10^?5．
①图1装置依次连接的顺序为ABCBED（填字母序号）；装置B中的作用是在C的两侧防止水蒸气进入C中与产物 Mg₃N₂反应．
②确定产物中有N₂生成的实验现象为D中试剂瓶中的水被气体压入烧杯中．
（2）设计实验证明：氮化镁是否含有未反应的镁，写出实验操作及现象取少量产物于试管中，加入少量蒸馏水，试管底部有沉淀生成，弃去上层清液，加入盐酸，若观察到有气泡产生，则证明产物中含有未反应的镁．
（3）精细三硅酸镁（可用MgxSi₃Oy•mH₂O表示），是治疗胃酸过多的药品之一，三硅酸镁不溶于水和乙醇，易与无机酸反应．某化学兴趣小组欲测定三硅酸镁的化学式，实验步骤如下：
步骤一：取16.6g样品，充分加热至质量不再变化，冷却、称量，记录质量为13.0g．
步骤二：另取16.6g三硅酸镁样品，向其中加入足量100mL 4mol/L的盐酸，充分反应后，过滤、洗涤、灼烧，得固体9.0g．该固体高熔点．结构为空间网状结构．
①加热分解样品所需的硅酸盐仪器有酒精灯、坩埚、泥三角．
②步骤一中至少需要进行4次称量．
③计算三硅酸镁的化学式Mg₂Si₃O₈•4H₂O或2MgO•3SiO₂•4H₂O．
（4）新型Mg-NaClO燃料电池装置如图2，下列说法正确的是BC
A．正极反应是：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-
B．电池工作时，正极区域pH值增大
C．每转移0.1mol电子，理论上生成0.05molCl^-
D．电解质溶液为MgCl₂．

Answer 1

分析 （1）①装置A：铜和浓硝酸制取二氧化氮，装置B：干燥二氧化氮，防止水蒸气干扰实验，在加热条件下将Mg和二氧化氮混合，然后再干燥气体，装置C：镁条和二氧化氮反应，装置D：排水法收集N₂，装置E：吸收二氧化氮，然后用排水法收集N₂；
②氮气不溶于水，如果有氮气，则能通过排水法收集到气体；
（2）因氮化镁与水反应，Mg不溶于水，但Mg与酸反应，则确定氮化镁是否含有未反应的镁；
（3）①加热分解固体样品所需的硅酸盐仪器；
②加热分解固体样品的恒重操作至少的次数；
③固体样品灼烧得到的固体是二氧化硅，样品加热分解，减少质量是水，根据元素守恒结合化合价规则确定化学式；
（4）原电池工作时，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，由阴离子移动方向可知Y为负极，X为正极，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，以此解答该题．

解答 解：（1））①Mg能在NO₂中燃烧，产物为Mg₃N₂、MgO和N₂，装置A中Cu与浓硝酸反应生成的气体NO₂，用装置B干燥剂干燥，通入硬质玻璃管C与镁粉发生反应，然后再干燥气体，用E装置除去多余的NO₂，装置D排水法收集N₂，故连接装置的顺序为：BCBED，用装置B干燥剂干燥，通入硬质玻璃管C与镁粉发生反应，然后再干燥气体，装置B中的作用是在C的两侧防止水蒸气进入C中与产物Mg₃N₂反应，
故答案为：BCBED；在C的两侧防止水蒸气进入C中与产物 Mg₃N₂反应；
②氮气不溶于水，如果有氮气，则能通过排水法收集到气体，所以确定产物中有N₂生成的实验现象为D中试剂瓶中的水被气体压入烧杯中，
故答案为：D中试剂瓶中的水被气体压入烧杯中；
（2）确定氮化镁是否含有未反应的镁，其实验操作及现象为取少量产物于试管中，加入少量蒸馏水，试管底部有沉淀生成，弃去上层清液，加入盐酸，若观察到有气泡产生，则证明产物中含有未反应的镁，
故答案为：取少量产物于试管中，加入少量蒸馏水，试管底部有沉淀生成，弃去上层清液，加入盐酸，若观察到有气泡产生，则证明产物中含有未反应的镁．
（3）①加热分解固体样品所需的硅酸盐仪器有酒精灯、坩埚、泥三角，
故答案为：酒精灯、坩埚、泥三角；
②加热分解固体样品的恒重操作至少的次数为4次，
故答案为：4；
③16.6g三硅酸镁样品，充分加热至不再分解，冷却、称量，得固体13.0g，即含有水的质量是3，6g，物质的量是0.2mol，16.6g三硅酸镁样品，向其中加入足量100mL 4mol/L的盐酸，充分反应后，过滤、洗涤、灼烧，得到的空间网状结构，且熔沸点很高的固体9.0g即为二氧化硅，物质的量为$\frac{9.0g}{60g/mol}$=0.15mol，设三硅酸镁物质的量是s，则根据元素守恒，得到关系式：
 Mg_xSi₃O_y•mH₂O～3SiO₂～mH₂O
 1                            3         m 
 s                          0.15      0.2
解得s=0.05，m=4，Mg_xSi₃O_y•mH₂O的摩尔质量M=$\frac{16.6g}{0.05mol}$=332g/mol，即24x+28×3+16y+18×4=332，根据化合价代数和为零，则2x+4×3=2y，解得x=2，y=8，
三硅酸镁的化学式Mg₂Si₃O₈•4H₂O或2MgO•3SiO₂•4H₂O．
故答案为：Mg₂Si₃O₈•4H₂O或2MgO•3SiO₂•4H₂O； 
（4）A．正极反应是：ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-，故A错误；
B．电池工作时，正极区域pH值增大．正极反应是：ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-，pH值增大，故B正确；
C．每转移0.1mol电子，理论上生成0.05molCl^-．由ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-可知，故C正确；
D．电解质溶液为MgCl₂．电解质溶液应为NaClO溶液，故D错误．
故选BC．

点评 本题考查了物质性质的实验探究，理解实验原理、掌握实验基本操作和镁及其化合物性质是解题关键，题目难度中等