Question

11．鎂及其化合物性質研究：

（1）某學生根據鎂與CO₂反應，推測Mg能在NO₂中燃燒，可能產物為MgO、N₂和Mg₃N₂．通過如下實驗裝置來驗證反應產物（夾持裝置省略，部分儀器可重復使用）．
已知：Mg₃N₂遇水強烈反應，NO₂氣體能被NaOH吸收．NH₃•H₂O的電離常數與CH₃COOH電離常數相等，均為1.75×10^?5．
①圖1裝置依次連接的順序為ABCBED（填字母序號）；裝置B中的作用是在C的兩側防止水蒸氣進入C中與產物 Mg₃N₂反應．
②確定產物中有N₂生成的實驗現(xiàn)象為D中試劑瓶中的水被氣體壓入燒杯中．
（2）設計實驗證明：氮化鎂是否含有未反應的鎂，寫出實驗操作及現(xiàn)象取少量產物于試管中，加入少量蒸餾水，試管底部有沉淀生成，棄去上層清液，加入鹽酸，若觀察到有氣泡產生，則證明產物中含有未反應的鎂．
（3）精細三硅酸鎂（可用MgxSi₃Oy•mH₂O表示），是治療胃酸過多的藥品之一，三硅酸鎂不溶于水和乙醇，易與無機酸反應．某化學興趣小組欲測定三硅酸鎂的化學式，實驗步驟如下：
步驟一：取16.6g樣品，充分加熱至質量不再變化，冷卻、稱量，記錄質量為13.0g．
步驟二：另取16.6g三硅酸鎂樣品，向其中加入足量100mL 4mol/L的鹽酸，充分反應后，過濾、洗滌、灼燒，得固體9.0g．該固體高熔點．結構為空間網狀結構．
①加熱分解樣品所需的硅酸鹽儀器有酒精燈、坩堝、泥三角．
②步驟一中至少需要進行4次稱量．
③計算三硅酸鎂的化學式Mg₂Si₃O₈•4H₂O或2MgO•3SiO₂•4H₂O．
（4）新型Mg-NaClO燃料電池裝置如圖2，下列說法正確的是BC
A．正極反應是：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-
B．電池工作時，正極區(qū)域pH值增大
C．每轉移0.1mol電子，理論上生成0.05molCl^-
D．電解質溶液為MgCl₂．

Answer 1

分析 （1）①裝置A：銅和濃硝酸制取二氧化氮，裝置B：干燥二氧化氮，防止水蒸氣干擾實驗，在加熱條件下將Mg和二氧化氮混合，然后再干燥氣體，裝置C：鎂條和二氧化氮反應，裝置D：排水法收集N₂，裝置E：吸收二氧化氮，然后用排水法收集N₂；
②氮氣不溶于水，如果有氮氣，則能通過排水法收集到氣體；
（2）因氮化鎂與水反應，Mg不溶于水，但Mg與酸反應，則確定氮化鎂是否含有未反應的鎂；
（3）①加熱分解固體樣品所需的硅酸鹽儀器；
②加熱分解固體樣品的恒重操作至少的次數；
③固體樣品灼燒得到的固體是二氧化硅，樣品加熱分解，減少質量是水，根據元素守恒結合化合價規(guī)則確定化學式；
（4）原電池工作時，陰離子向負極移動，陽離子向正極移動，由陰離子移動方向可知Y為負極，X為正極，負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，以此解答該題．

解答 解：（1））①Mg能在NO₂中燃燒，產物為Mg₃N₂、MgO和N₂，裝置A中Cu與濃硝酸反應生成的氣體NO₂，用裝置B干燥劑干燥，通入硬質玻璃管C與鎂粉發(fā)生反應，然后再干燥氣體，用E裝置除去多余的NO₂，裝置D排水法收集N₂，故連接裝置的順序為：BCBED，用裝置B干燥劑干燥，通入硬質玻璃管C與鎂粉發(fā)生反應，然后再干燥氣體，裝置B中的作用是在C的兩側防止水蒸氣進入C中與產物Mg₃N₂反應，
故答案為：BCBED；在C的兩側防止水蒸氣進入C中與產物 Mg₃N₂反應；
②氮氣不溶于水，如果有氮氣，則能通過排水法收集到氣體，所以確定產物中有N₂生成的實驗現(xiàn)象為D中試劑瓶中的水被氣體壓入燒杯中，
故答案為：D中試劑瓶中的水被氣體壓入燒杯中；
（2）確定氮化鎂是否含有未反應的鎂，其實驗操作及現(xiàn)象為取少量產物于試管中，加入少量蒸餾水，試管底部有沉淀生成，棄去上層清液，加入鹽酸，若觀察到有氣泡產生，則證明產物中含有未反應的鎂，
故答案為：取少量產物于試管中，加入少量蒸餾水，試管底部有沉淀生成，棄去上層清液，加入鹽酸，若觀察到有氣泡產生，則證明產物中含有未反應的鎂．
（3）①加熱分解固體樣品所需的硅酸鹽儀器有酒精燈、坩堝、泥三角，
故答案為：酒精燈、坩堝、泥三角；
②加熱分解固體樣品的恒重操作至少的次數為4次，
故答案為：4；
③16.6g三硅酸鎂樣品，充分加熱至不再分解，冷卻、稱量，得固體13.0g，即含有水的質量是3，6g，物質的量是0.2mol，16.6g三硅酸鎂樣品，向其中加入足量100mL 4mol/L的鹽酸，充分反應后，過濾、洗滌、灼燒，得到的空間網狀結構，且熔沸點很高的固體9.0g即為二氧化硅，物質的量為$\frac{9.0g}{60g/mol}$=0.15mol，設三硅酸鎂物質的量是s，則根據元素守恒，得到關系式：
 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的摩爾質量M=$\frac{16.6g}{0.05mol}$=332g/mol，即24x+28×3+16y+18×4=332，根據化合價代數和為零，則2x+4×3=2y，解得x=2，y=8，
三硅酸鎂的化學式Mg₂Si₃O₈•4H₂O或2MgO•3SiO₂•4H₂O．
故答案為：Mg₂Si₃O₈•4H₂O或2MgO•3SiO₂•4H₂O； 
（4）A．正極反應是：ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-，故A錯誤；
B．電池工作時，正極區(qū)域pH值增大．正極反應是：ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-，pH值增大，故B正確；
C．每轉移0.1mol電子，理論上生成0.05molCl^-．由ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-可知，故C正確；
D．電解質溶液為MgCl₂．電解質溶液應為NaClO溶液，故D錯誤．
故選BC．

點評 本題考查了物質性質的實驗探究，理解實驗原理、掌握實驗基本操作和鎂及其化合物性質是解題關鍵，題目難度中等