Question

【题目】镁是20世纪才发展起来的年轻金属，广泛应用于航空、汽车、船舶、通讯电子和国防工业等。兴趣小组同学对金属镁进行了如下探究。

（一）有关金属镁的化学性质探究

兴趣小组同学根据金属的化学性质，知道金属镁能与O2、稀盐酸和CuSO4溶液反应，并设计了如下实验进行验证（以下实验用镁条、镁条均已除去氧化膜）。

（1）兴趣小组同学把镁粉轻轻洒在酒精灯的火焰上，观察到火焰上跳动闪烁着点点银色火花，如绽放的美丽烟花。该反应的化学方程式是_______________________。

（2）兴趣小组同学探究镁与稀盐酸的反应，除观察到预期现象外，还观察到有灰白色沉淀生成的“异常”现象。于是进行了以下探究。

【实验1】向4份相同体积与浓度的稀盐酸中分别加入一定长度的某种镁带，现象如下：

【实验结论1】据表分析，________________是实验出现“异常”的因素之一。

【实验2】向4份相同体积与浓度的稀硫酸中分别加入一定长度的某种镁带，现象如下：

【实验结论2】对比实验1和实验2，______________是实验出现“异常”的因素之一。

（3）兴趣小组同学取一支试管，放入一根镁条，加入一定量硫酸铜溶液，观察到镁条表面有少量气泡产生，且有黑色物质生成。同学们对此实验的现象感到意外和困惑，于是查阅到了相关资料：

资料1：硫酸铜溶液在配制时加入了少量稀硫酸；

资料2：当金属粉末颗粒很小时，容易成为黑色；

资料3：生成的黑色物质可能是CuO、Cu中的一种或两种。

①镁条与硫酸铜溶液反应的实验中产生的气体可能为______________（写化学式）。

②同学们进一步设计实验确定黑色物质的成分，请在下表中补全实验方案。

实验操作	实验现象	结论
将黑色物质过滤、晾干后，分成两份	/	/
将其中一份装入硬质玻璃管中，向其中通入CO后，加热，并将生成的气体通入澄清石灰水中	__________	黑色粉末中 含有CuO
将另一份置于坩埚中，称其质量为m1，在空气中加热一段时间后冷却，称其质量为m2	m1______m2（填“＞”、“＜”或“＝”）	黑色粉末中 含有Cu

通过以上探究，兴趣小组同学确定了黑色物质为Cu和CuO两种。

（二）有关镁条表面灰黑色“外衣”组成的探究

【发现问题】镁是一种银白色有金属光泽的金属，但久置的镁条总有一层灰黑色的“外衣”，这层灰黑色的“外衣”是什么物质呢？

【查阅资料】

（1）灰黑色“外衣”的成分是碱式碳酸镁晶体，化学式为：xMgCO3yMg(OH)2zH2O；

（2）Mg(OH)2：白色固体，难溶于水，受热会分解生成两种氧化物；

（3）MgCO3：白色固体，微溶于水，受热会分解生成两种氧化物；

（4）相同条件下，Mg(OH)2受热分解的温度比MgCO3分解的温度更低。

【组成测定】为精确测量碱式碳酸镁晶体的组成，兴趣小组同学取4.66g该晶体用热重分析仪对进行加热，使得各成份在不同温度下逐个分解（加热首先失去结晶水），测定剩余固体质量与分解温度之间关系（如下图所示）。

请回答下列问题：

（1）晶体中结晶水的质量为_______g。

（2）t4～t5段中，固体为_________（写化学式）。

（3）t5～t6段反应的化学方程式为________。

（4）根据图中数据计算xMgCO3yMg(OH)2zH2O中x：y：z =___________（填最简比）。

Answer 1

【答案】 2Mg+O2====2MgO 镁条的质量（或长度） 酸的种类 H2 黑色粉末逐渐变红，澄清石灰水变浑浊 m1＜m2 0.72g MgO、MgCO3 MgCO3 MgO+ CO2↑ x：y：z =4：1：4

【解析】（一）(1)镁与氧气反应的化学方程式为：2Mg+O22MgO；(2)【实验结论1】据表分析，可知是因为镁的质量过多剩余导致沉淀出现；【实验结论2】对比实验1和实验2，可知在两次实验中选择了不同种酸；(3)①硫酸铜溶液在配制时加入了少量稀硫酸，加入镁条会与硫酸反应生成氢气；②第二步实验结论是黑色粉末中含有CuO，将其中一份装入硬质玻璃管中，向其中通入CO后，加热，并将生成的气体通入澄清石灰水中后，实验现象为：黑色粉末逐渐变红，澄清石灰水变浑浊；黑色粉末中含有Cu，在空气中加热一段时间后会生成氧化铜，反应后固体的质量会增加；（二）(1)加热首先失去结晶水，故晶体中结晶水的质量为：4.66g-3.94g=0.72g；(2)相同条件下，Mg(OH)2受热分解的温度比MgCO3分解的温度更低，而Mg(OH)2受热分解生成MgO和水，故t4～t5段中，固体为MgO和MgCO3；(3)t5～t6段是MgCO3在分解，反应的化学方程式为：MgCO3MgO+ CO2↑；(4) t1～t2段减少结晶水的质量为0.72g；t3～t4段是Mg(OH)2受热分解生成水的质量=3.94g-3.76g=0.18g，由Mg(OH)2H2O，可求出晶体中Mg(OH)2的质量为0.58g；同理可求出晶体中MgCO3的质量为3.36. g；则x：y：z=： ： =4：1：4。