Question

【題目】鎂及其化合物在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用。

完成下列計(jì)算：

(1)稱取某鎂鋁合金10g，放入100mL3mol/L的NaOH溶液中，完全反應(yīng)收集到6.72L的H2（標(biāo)準(zhǔn)狀況）。該合金中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為___。

(2)將鎂條在空氣中燃燒后的產(chǎn)物溶解在50mL1.6mol/L的鹽酸中恰好完全反應(yīng)，再加入過量NaOH把NH3全部蒸發(fā)出來，經(jīng)測(cè)定NH3為0.102g，則鎂條在空氣中燃燒的產(chǎn)物及質(zhì)量為___。

(3)Mg(HCO3)2溶液加熱分解，得到產(chǎn)品輕質(zhì)碳酸鎂。18.2g輕質(zhì)碳酸鎂樣品經(jīng)高溫完全分解后得8.0g氧化鎂固體，放出3.36L二氧化碳（標(biāo)準(zhǔn)狀況），求輕質(zhì)碳酸鎂的化學(xué)式___。

(4)氯離子插層的鎂鋁水滑石（Mg-Al-ClLDHs）是一種新型的陰離子交換材料。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示（每一層可視作平面無限延伸結(jié)構(gòu)）。該離子交換原理是將插層離子與其它陰離子進(jìn)行等電荷交換。取鎂鋁水滑石10.66g與0.02molNa2CO3發(fā)生完全交換，產(chǎn)物在高溫下完全分解，得到金屬氧化物和氣體。將金屬氧化物加入稀硝酸完全溶解后，再加入NaOH溶液直至過量，最終得到4.64g白色沉淀。求Mg-Al-ClLDHs的化學(xué)式___。

Answer 1

【答案】46% MgO 1.12g；Mg3N2 0.3g 3MgCO3Mg(OH)23H2O Mg2Al(OH)6Cl3H2O

【解析】

(1)發(fā)生反應(yīng)：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，根據(jù)方程式計(jì)算Al的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算Mg的質(zhì)量，再計(jì)算合金中Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

(2)Mg條在空氣中燃燒生成MgO與Mg3N2，根據(jù)氮原子守恒計(jì)算n(Mg3N2)，進(jìn)而計(jì)算m(Mg3N2)，與鹽酸反應(yīng)生成氯化鎂與氯化銨，根據(jù)氯離子守恒計(jì)算n(MgCl2)，再根據(jù)Mg原子守恒計(jì)算n(MgO)，進(jìn)而計(jì)算m(MgO)；

(3)18.2g輕質(zhì)碳酸鎂樣品經(jīng)高溫完全分解后得8.0g 氧化鎂固體，放出3.36L二氧化碳（標(biāo)準(zhǔn)狀況），二氧化碳的質(zhì)量為×44g/mol=6.6g，而8g+6.6g=14.6g＜18.2g，故有水生成，則生成水的質(zhì)量為18.2g-14.6g=3.6g，根據(jù)碳原子守恒計(jì)算n(CO32﹣)，根據(jù)Mg原子守恒計(jì)算n(Mg2+)，根據(jù)電荷守恒判斷計(jì)算n(OH﹣)，再根據(jù)H元素守恒判斷計(jì)算n(H2O)，進(jìn)而確定其化學(xué)式；

(4)氯離子插層的鎂鋁水滑石中氯離子與碳酸根離子交換，根據(jù)電荷守恒可以計(jì)算n(Cl﹣)；完全交換產(chǎn)物在高溫下完全分解，得到金屬氧化物和氣體，應(yīng)是氧化鎂、氧化鋁與二氧化碳，將金屬氧化物加入稀硝酸完全溶解后，再加入NaOH溶液直至過量，最終得到4.64g白色沉淀為Mg(OH)2，據(jù)此計(jì)算n(Mg2+)，由結(jié)構(gòu)示意圖可知，Mg2+與Al3+的個(gè)數(shù)比為2:1，據(jù)此計(jì)算n(Al3+)，再根據(jù)電荷守恒計(jì)算n(OH﹣)，根據(jù)質(zhì)量守恒判斷計(jì)算n(H2O)，進(jìn)而確定Mg﹣Al﹣Cl LDHs的化學(xué)式。

(1)氫氣的物質(zhì)的量為=0.3mol，發(fā)生反應(yīng)：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，可知Al的物質(zhì)的量為0.2mol，Al的質(zhì)量為0.2mol×27g/mol=5.4g，Mg的質(zhì)量為10g-5.4g=4.6g，故合金中Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為=46%。答案為：46%；

(2)Mg條在空氣中燃燒生成MgO與Mg3N2，根據(jù)氮原子守恒n(Mg3N2)=n(NH3)=×=0.003mol，故m(Mg3N2)=0.003mol×100g/mol=0.3g，燃燒產(chǎn)物與鹽酸反應(yīng)生成氯化鎂與氯化銨，根據(jù)氯離子守恒2n(MgCl2)+n(NH4Cl)=n(HCl)，即2n(MgCl2)+=0.05L×1.6mol/L，則n(MgCl2)=0.037mol，根據(jù)Mg原子守恒n(MgO)+3n(Mg3N2)= n(MgCl2)，故n(MgO)=0.037mol-0.003mol×3=0.028mol，故m(MgO)=0.028mol×40g/mol=1.12g。答案為：MgO 1.12g；Mg3N2 0.3g；

(3)18.2g輕質(zhì)碳酸鎂樣品經(jīng)高溫完全分解后得8.0g 氧化鎂固體，放出3.36L二氧化碳（標(biāo)準(zhǔn)狀況），二氧化碳的質(zhì)量為×44g/mol=6.6g，而8g+6.6g=14.6g＜18.2g，故有水生成，則生成水的質(zhì)量為18.2g-14.6g=3.6g，放出CO2的物質(zhì)的量為=0.15 mol，則span>n(CO32﹣)=0.15 mol，由題意n(Mg2+)=n(MgO)==0.2 mol，

由題意根據(jù)電荷守恒，得n(OH﹣)=2n(Mg2+)-2n(CO32﹣)=0.1mol，

則n(H2O)=(18.2g-0.1mol×24g/mol-0.15mol×60g/mol-0.1mol×17g/mol)÷18g/mol=0.15 mol，

故n(MgCO3):n[Mg(OH)2]:n(H2O)=0.15mol: (0.2mol-0.15mol):0.15mol=3:1:3，

可得出晶體的化學(xué)式為3MgCO3Mg(OH)23H2O。答案為：3MgCO3Mg(OH)23H2O；

(4)氯離子插層的鎂鋁水滑石中氯離子與碳酸根離子交換，根據(jù)電荷守恒n(Cl﹣)=2n(CO32﹣)=0.02mol×2=0.04mol，完全交換產(chǎn)物在高溫下完全分解，得到金屬氧化物和氣體，應(yīng)是氧化鎂、氧化鋁與二氧化碳，將金屬氧化物加入稀硝酸完全溶解后，再加入NaOH溶液直至過量，最終得到4.64g白色沉淀為Mg(OH)2，則n(Mg2+)=n[Mg(OH)2]==0.08mol，由結(jié)構(gòu)示意圖可知，Mg2+與Al3+的個(gè)數(shù)比為2:1，n(Al3+)= n(Mg2+)=0.04mol，根據(jù)電荷守恒n(OH﹣)=0.04mol×3+0.08mol×2-0.04mol×1=0.24mol，

根據(jù)質(zhì)量守恒則n(H2O)=(10.66g-0.04mol×27g/mol-0.08mol×24g/mol-0.04mol×35.5g/mol-0.24mol×17g/mol)÷18g/mol=0.12mol，故n(Al3+):n(Mg2+):n(OH﹣):n(Cl﹣):n(H2O)=0.04:0.08:0.24:0.04:0.12=1:2:6:1:3，故鎂鋁水滑石的化學(xué)式為Mg2Al(OH)6Cl3H2O，答案為：Mg2Al(OH)6Cl3H2O。