Question

2．水滑石是一类重要的阻燃剂．某研究小组为了探究一种水滑石M（仅含五种常见短周期元素，带结晶水，其摩尔质量为266.5g•mol^-）的组成和性质，设计并完成如下实验：

取26.65g水滑石M与含0.05mol Na₂CO₃的溶液恰好完全离子交换后进行后续实验，得到7.8g白色沉淀2和11.6g白色沉淀3．
已知：（1）离子交换原理为：2RCl+Na₂CO₃=R₂CO₃+2NaCl；
（2）气体甲常温常压下为无色无味液体．
回答下列问题：
（1）写出气体乙的结构式O=C=O；
（2）固体1的成分是MgO和Al₂O₃，在惰性气流中加热水滑石N至完全分解的化学方程式为Mg₄Al₂•CO₃（OH）₁₂•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4MgO+Al₂O₃+CO₂↑+12H₂O↑，其能够阻燃的原因是水滑石N分解时，释放出二氧化碳气体和水蒸气起到了隔绝空气的作用，同时受热分解的残余物氧化镁和氧化铝可隔绝空气，从而起到了阻燃作用；
（3）固体1中的某种成分与Cl₂、焦炭在一定条件下发生氧化还原反应，生成一种盐（可作净水剂）和常见的气体氧化物，写出一个可能的化学反应方程式Al₂O₃+3C+3Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2AlCl₃+3CO↑或2Al₂O₃+3C+6Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4AlCl₃+3CO₂↑，并设计实验确定气体产物的成分（假设Cl₂已反应完全）：气体产物可能为CO或CO₂或二者的混合物，将生成气体依次通过澄清石灰水、灼热的CuO粉末，若溶液变浑浊，则X中存在CO₂，若黑色的CuO粉末变成红色粉末，则X中存在CO．

Answer 1

分析 26.65g水滑石M的物质的量为：$\frac{26.65g}{266.5g/mol}$=0.1mol，根据反应2RCl+Na₂CO₃=R₂CO₃+2NaCl可知，0.1mol水滑石M中含有氯离子的物质的量为：0.05mol×2=0.1mol，即水滑石M的化学式中含有氯离子；根据图示，水滑石N隔绝空气加热生成气体甲和气体乙及固体1，已知气体甲常温常压下为无色无味液体，则气体甲为H₂O，根据质量守恒可知气体乙应该为CO₂，再结合与过量强氧化钠反应后的溶液中加入气体乙可生成白色沉淀2可知，气体乙为CO₂，白色沉淀2为Al（OH）₃；则固体1为金属的氧化物，用盐酸溶解后的溶液中加入过量NaOH生成白色沉淀3，联系短周期元素可知白色沉淀3应该为Mg（OH）₂；7.8g氢氧化铝的物质的量为：$\frac{7.8g}{78g/mol}$=0.1mol，则水滑石M中含有1个铝离子；11.6g氢氧化镁的物质的量为：$\frac{11.6g}{58g/mol}$=0.2mol，则水滑石M中含有2个镁离子，根据电荷守恒可知水滑石M的化学式中还应该含有氢氧根离子，数目为：$\frac{3×1+2×2-1}{1}$=6，根据质量守恒，水滑石M中含有结晶水的数目为：$\frac{266.5-35.5-27-24×2-17×6}{18}$=3，则水滑石M的化学式为：Mg₂AlCl（OH）₆•3H₂O，水滑石M与碳酸钠发生离子交换后生成的水滑石N为：Mg₂Al•$\frac{1}{2}$（CO₃）•（OH）₆•3H₂O，即：Mg₄Al₂•CO₃（OH）₁₂•6H₂O；固体1则为氧化镁和氧化铝的混合物，据此进行解答．

解答 解：26.65g水滑石M的物质的量为：$\frac{26.65g}{266.5g/mol}$=0.1mol，根据反应2RCl+Na₂CO₃=R₂CO₃+2NaCl可知，0.1mol水滑石M中含有氯离子的物质的量为：0.05mol×2=0.1mol，即水滑石M的化学式中含有氯离子；根据图示，水滑石N隔绝空气加热生成气体甲和气体乙及固体1，已知气体甲常温常压下为无色无味液体，则气体甲为H₂O，根据质量守恒可知气体乙应该为CO₂，再结合与过量强氧化钠反应后的溶液中加入气体乙可生成白色沉淀2可知，气体乙为CO₂，白色沉淀2为Al（OH）₃；则固体1为金属的氧化物，用盐酸溶解后的溶液中加入过量NaOH生成白色沉淀3，联系短周期元素可知白色沉淀3应该为Mg（OH）₂；7.8g氢氧化铝的物质的量为：$\frac{7.8g}{78g/mol}$=0.1mol，则水滑石M中含有1个铝离子；11.6g氢氧化镁的物质的量为：$\frac{11.6g}{58g/mol}$=0.2mol，则水滑石M中含有2个镁离子，根据电荷守恒可知水滑石M的化学式中还应该含有氢氧根离子，数目为：$\frac{3×1+2×2-1}{1}$=6，根据质量守恒，水滑石M中含有结晶水的数目为：$\frac{266.5-35.5-27-24×2-17×6}{18}$=3，则水滑石M的化学式为：Mg₂AlCl（OH）₆•3H₂O，水滑石M与碳酸钠发生离子交换后生成的水滑石N为：Mg₂Al•$\frac{1}{2}$（CO₃）•（OH）₆•3H₂O，即：Mg₄Al₂•CO₃（OH）₁₂•6H₂O，
（1）气体乙为二氧化碳气体，二氧化碳分子中含有两个碳氧双键，其结构式为：O=C=O，
故答案为：O=C=O；
（2）根据分析可知，固体1为MgO和Al₂O₃的混合物；
在惰性气流中加热水滑石N至完全分解的化学方程式为：Mg₄Al₂•CO₃（OH）₁₂•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4MgO+Al₂O₃+CO₂↑+12H₂O↑，根据反应可知，水滑石N分解时，释放出二氧化碳气体和水蒸气起到了隔绝空气的作用，同时受热分解的残余物氧化镁和氧化铝可隔绝空气，从而起到了阻燃作用，
故答案为：MgO和Al₂O₃；Mg₄Al₂•CO₃（OH）₁₂•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4MgO+Al₂O₃+CO₂↑+12H₂O↑；水滑石N分解时，释放出二氧化碳气体和水蒸气起到了隔绝空气的作用，同时受热分解的残余物氧化镁和氧化铝可隔绝空气，从而起到了阻燃作用；
（3）固体1中的某种成分与Cl₂、焦炭在一定条件下发生氧化还原反应，生成一种盐（可作净水剂）和常见的气体氧化物，根据净水剂可知固体1的组分为氧化铝，生成的盐为氯化铝，气体氧化物为一氧化碳或二氧化碳，则反应的方程式为：Al₂O₃+3C+3Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2AlCl₃+3CO↑或2Al₂O₃+3C+6Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4AlCl₃+3CO₂↑；
根据反应可知，气体产物可能为CO或CO₂或二者的混合物，将生成气体依次通过澄清石灰水、灼热的CuO粉末，若溶液变浑浊，则X中存在CO₂，若黑色的CuO粉末变成红色粉末，则X中存在CO，
故答案为：Al₂O₃+3C+3Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2AlCl₃+3CO↑或2Al₂O₃+3C+6Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4AlCl₃+3CO₂↑；气体产物可能为CO或CO₂或二者的混合物，将生成气体依次通过澄清石灰水、灼热的CuO粉末，若溶液变浑浊，则X中存在CO₂，若黑色的CuO粉末变成红色粉末，则X中存在CO．

点评 本题考查了性质实验方案的设计与评价，题目难度中等，明确转化关系及题中数据确定水滑石M和N的化学式为解答关键，注意掌握质量守恒定律的应用，（3）中设计方案为难点，需要结合二氧化碳和一氧化碳的性质分析，试题培养了学生的分析、理解能力及化学实验能力．