Question

某研究性学习小组做实验时偶然发现，表面擦去氧化膜的镁片可与NaHCO₃溶液反应产生大量气体和白色不溶物。该小组同学通过如下实验，验证产物并探究反应原理。
实验①：用砂纸擦去镁条表面氧化膜，将其放入盛适量滴有酚酞试液的饱和碳酸氢钠溶液的烧杯中，迅速反应，产生大量气泡和白色不溶物，溶液的浅红色加深。
Ⅰ、定性实验
（1）气体的检验 
实验②：将实验①中收集到的气体点燃，发现气体安静燃烧，火焰呈淡蓝色。则气体为          。
（2）该小组同学对反应中产生的白色不溶物做出如下猜测：
猜测1：白色不溶物可能为　　　　　   
猜测2：白色不溶物可能为MgCO₃
猜测3：白色不溶物可能为碱式碳酸镁[yMg(OH)₂?xMgCO₃]
请设计一个实验检验固体中是否含有MgCO₃，写出实验操作、现象和结论：                                                                                   。
（3）实验③：取实验①中的滤液，向其中加入少量CaCl₂稀溶液，产生白色沉淀，溶液红色变浅，说明溶液中存在CO₃^2－离子。
Ⅱ、定量实验
（4）为进一步确定实验I的白色不溶物的成分，进行以下定实验，装置如图所示：

称取干燥、纯净的白色不溶物 7.36 g，充分加热至不再产生气体为止，并使分解产生的气体全部进入装置A和B中。实验后装置A增重0.72g，装置B增重2.64 g。白色不溶物的化学式为                。
（5）写出镁与饱和碳酸氢钠溶液反应的化学方程式                           。
Ⅲ、反应原理分析
（6）NaHCO₃溶液中存在如下电离平衡：H₂OH⁺ + OH^－、HCO₃^－H⁺ +CO₃^2－，请从平衡移动角度分析实验①产生大量气体和白色不溶物的原因：                                     。

Answer 1

（1）氢气（或H₂）（2分）
（2）Mg(OH)₂（2分）取少许实验①固体，加足量稀盐酸，若有气泡产生，则含有MgCO₃。反之，则无。（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⁺反应生成H₂和Mg²⁺，Mg²⁺跟OH^－、CO₃^2－结合生成沉淀，则H⁺、OH^－、CO₃^2－的浓度均降低，上述平衡均向右移动。所以Mg和饱和NaHCO₃溶液反应产生大量气体和白色不溶物。（3分)

试题分析：（1）将实验①中收集到的气体点燃，发现气体安静燃烧，火焰呈淡蓝色，说明该气体具有可燃性，再根据质量守恒定律反应前后元素种类不变可分析出是氢气。
（2）根据元素守恒和物质的溶解性可知：白色不溶物可能是Mg（OH）₂ 或MgCO₃或Mg（OH）₂与MgCO₃，故猜测1为Mg(OH)₂；根据碳酸盐的性质，能与强酸反应生成CO₂气体，所以检验是否含有MgCO₃的方法为：取少许实验①固体，加足量稀盐酸，若有气泡产生，则含有MgCO₃。反之，则无。
（4）B中碱石灰质量的增加量就是生成的二氧化碳的质量，所以生成二氧化碳的质量为2.64g，设含MgCO₃的质量为x,则：
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的质量为：7.36g—5.04g=2.32g，Mg(OH)₂与MgCO₃的物质的量之比为：2.32g÷58g/mol：（5.04g÷84g/mol）=0.4mol：0.6mol=2:3，所以白色不溶物的化学式为：2Mg(OH)₂?3MgCO₃或Mg₅(OH)₄(CO₃)₃
（5）根据上述探究实验可知，镁与饱和碳酸氢钠溶液反应，生成了2Mg(OH)₂?3MgCO₃和H₂，根据元素守，恒，还会生成Na₂CO₃，所以化学方程式为：5Mg+6NaHCO₃+4H₂O = 2Mg(OH)₂? 3MgCO₃↓+3Na₂CO₃+5H₂↑。
（6）NaHCO₃溶液中存在如下电离平衡：H₂OH⁺ + OH^－、HCO₃^－H⁺ +CO₃^2－，镁是活泼金属，能与H⁺反应，生成Mg²⁺和H₂，Mg²⁺能与OH?结合成Mg(OH)₂沉淀，Mg²⁺还能与CO₃²?结合成MgCO₃沉淀，H⁺、OH^－、CO₃^2－的浓度均降低，上述平衡均向右移动。所以Mg和饱和NaHCO₃溶液反应产生大量气体和白色不溶物。