Question

某研究性學(xué)習(xí)小組做實(shí)驗(yàn)時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)，表面擦去氧化膜的鎂片可與NaHCO₃溶液反應(yīng)產(chǎn)生大量氣體和白色不溶物。該小組同學(xué)通過如下實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證產(chǎn)物并探究反應(yīng)原理。
實(shí)驗(yàn)①：用砂紙擦去鎂條表面氧化膜，將其放入盛適量滴有酚酞試液的飽和碳酸氫鈉溶液的燒杯中，迅速反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣泡和白色不溶物，溶液的淺紅色加深。
Ⅰ、定性實(shí)驗(yàn)
（1）氣體的檢驗(yàn) 
實(shí)驗(yàn)②：將實(shí)驗(yàn)①中收集到的氣體點(diǎn)燃，發(fā)現(xiàn)氣體安靜燃燒，火焰呈淡藍(lán)色。則氣體為          。
（2）該小組同學(xué)對反應(yīng)中產(chǎn)生的白色不溶物做出如下猜測：
猜測1：白色不溶物可能為　　　　　   
猜測2：白色不溶物可能為MgCO₃
猜測3：白色不溶物可能為堿式碳酸鎂[yMg(OH)₂?xMgCO₃]
請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)固體中是否含有MgCO₃，寫出實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)象和結(jié)論：                                                                                   。
（3）實(shí)驗(yàn)③：取實(shí)驗(yàn)①中的濾液，向其中加入少量CaCl₂稀溶液，產(chǎn)生白色沉淀，溶液紅色變淺，說明溶液中存在CO₃^2－離子。
Ⅱ、定量實(shí)驗(yàn)
（4）為進(jìn)一步確定實(shí)驗(yàn)I的白色不溶物的成分，進(jìn)行以下定實(shí)驗(yàn)，裝置如圖所示：

稱取干燥、純凈的白色不溶物 7.36 g，充分加熱至不再產(chǎn)生氣體為止，并使分解產(chǎn)生的氣體全部進(jìn)入裝置A和B中。實(shí)驗(yàn)后裝置A增重0.72g，裝置B增重2.64 g。白色不溶物的化學(xué)式為                。
（5）寫出鎂與飽和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式                           。
Ⅲ、反應(yīng)原理分析
（6）NaHCO₃溶液中存在如下電離平衡：H₂OH⁺ + OH^－、HCO₃^－H⁺ +CO₃^2－，請從平衡移動(dòng)角度分析實(shí)驗(yàn)①產(chǎn)生大量氣體和白色不溶物的原因：                                     。

Answer 1

（1）氫氣（或H₂）（2分）
（2）Mg(OH)₂（2分）取少許實(shí)驗(yàn)①固體，加足量稀鹽酸，若有氣泡產(chǎn)生，則含有MgCO₃。反之，則無。（2分)
（4）2Mg(OH)₂?3MgCO₃或Mg₅(OH)₄(CO₃)₃　（2分)　　　　　
（5）5Mg+6NaHCO₃+4H₂O= 2Mg(OH)₂? 3MgCO₃↓+3Na₂CO₃+5H₂↑（2分)
（6）Mg和H⁺反應(yīng)生成H₂和Mg²⁺，Mg²⁺跟OH^－、CO₃^2－結(jié)合生成沉淀，則H⁺、OH^－、CO₃^2－的濃度均降低，上述平衡均向右移動(dòng)。所以Mg和飽和NaHCO₃溶液反應(yīng)產(chǎn)生大量氣體和白色不溶物。（3分)

試題分析：（1）將實(shí)驗(yàn)①中收集到的氣體點(diǎn)燃，發(fā)現(xiàn)氣體安靜燃燒，火焰呈淡藍(lán)色，說明該氣體具有可燃性，再根據(jù)質(zhì)量守恒定律反應(yīng)前后元素種類不變可分析出是氫氣。
（2）根據(jù)元素守恒和物質(zhì)的溶解性可知：白色不溶物可能是Mg（OH）₂ 或MgCO₃或Mg（OH）₂與MgCO₃，故猜測1為Mg(OH)₂；根據(jù)碳酸鹽的性質(zhì)，能與強(qiáng)酸反應(yīng)生成CO₂氣體，所以檢驗(yàn)是否含有MgCO₃的方法為：取少許實(shí)驗(yàn)①固體，加足量稀鹽酸，若有氣泡產(chǎn)生，則含有MgCO₃。反之，則無。
（4）B中堿石灰質(zhì)量的增加量就是生成的二氧化碳的質(zhì)量，所以生成二氧化碳的質(zhì)量為2.64g，設(shè)含MgCO₃的質(zhì)量為x,則：
MgCO₃+2HCl═MgCl₂+H₂O+CO₂↑
84          44
X          2.64g
可得：84:44=x：2.64g，解得x=5.04g，所以含Mg(OH)₂的質(zhì)量為：7.36g—5.04g=2.32g，Mg(OH)₂與MgCO₃的物質(zhì)的量之比為：2.32g÷58g/mol：（5.04g÷84g/mol）=0.4mol：0.6mol=2:3，所以白色不溶物的化學(xué)式為：2Mg(OH)₂?3MgCO₃或Mg₅(OH)₄(CO₃)₃
（5）根據(jù)上述探究實(shí)驗(yàn)可知，鎂與飽和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)，生成了2Mg(OH)₂?3MgCO₃和H₂，根據(jù)元素守，恒，還會生成Na₂CO₃，所以化學(xué)方程式為：5Mg+6NaHCO₃+4H₂O = 2Mg(OH)₂? 3MgCO₃↓+3Na₂CO₃+5H₂↑。
（6）NaHCO₃溶液中存在如下電離平衡：H₂OH⁺ + OH^－、HCO₃^－H⁺ +CO₃^2－，鎂是活潑金屬，能與H⁺反應(yīng)，生成Mg²⁺和H₂，Mg²⁺能與OH?結(jié)合成Mg(OH)₂沉淀，Mg²⁺還能與CO₃²?結(jié)合成MgCO₃沉淀，H⁺、OH^－、CO₃^2－的濃度均降低，上述平衡均向右移動(dòng)。所以Mg和飽和NaHCO₃溶液反應(yīng)產(chǎn)生大量氣體和白色不溶物。