Question

13．以下是甲、乙兩同學(xué)對鎂相關(guān)實驗的系列研究．
研究一：鎂與鹽酸反應(yīng)過程中的能量變化以及反應(yīng)速率的變化：
（1）反應(yīng)中試管外壁發(fā)燙，說明鎂與稀鹽酸反應(yīng)是放熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）．
（2）實驗測得鎂片產(chǎn)生氣體的速率（v）與時間（t）的關(guān)系如圖1所示，
則t₁～t₂時間內(nèi)反應(yīng)速率逐漸加快的主要原因是鎂與鹽酸反應(yīng)放熱，溫度越高反應(yīng)速度越快．
鎂與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：Mg+2HCl=MgCl₂+H₂↑．
研究二：反應(yīng)后所得溶液的酸堿性探究：：
（3）甲同學(xué)反應(yīng)后用pH試紙測定試管中溶液的酸堿性，發(fā)現(xiàn)pH小于7，說明甲同學(xué)所得溶液呈酸性．
甲同學(xué)：猜想Ⅰ：稀鹽酸過量，使溶液呈酸性；猜想Ⅱ：氯化鎂溶液呈酸性．為驗證猜想，甲同學(xué)需測定氯化鎂溶液的酸堿性，實驗表明該溶液顯弱酸性．
（4）乙同學(xué)重復(fù)甲同學(xué)實驗時，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)后所得試管中溶液pH大于7，說明溶液呈堿性．發(fā)現(xiàn)實驗與甲同學(xué)實驗不同的是，反應(yīng)后的試管中鎂條有剩余．
乙同學(xué)猜想可能是鎂與熱水反應(yīng)生成了堿性物質(zhì)．乙同學(xué)為驗證猜想，在滴有兩滴酚酞的熱水中放入一段打磨過的鎂條，觀察到溶液很快變?yōu)榧t色，同時還觀察到鎂條表面有氣體生成，收集并點燃該氣體，發(fā)現(xiàn)能燃燒．乙同學(xué)查閱資料得知，鎂可以與水發(fā)生置換反應(yīng)，請寫出鎂與水反應(yīng)的化學(xué)方程式Mg+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂+H₂↑．
（5）活潑金屬能與水在一定條件下反應(yīng)．實驗發(fā)現(xiàn)鈉與冷水劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生大量的氣體．由此可見金屬與水反應(yīng)與金屬的活動性順序有關(guān)（填“有關(guān)”或“無關(guān)”）．
研究三：金屬活動性強弱與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系：
如圖2為鎂原子、鈣原子和鋇原子結(jié)構(gòu)示意圖．已知其中Ba的活動性最強，據(jù)此推測，金屬的活動性除與原子的最外層電子數(shù)有關(guān)，還與電子層數(shù)有關(guān)．
研究四：確定鎂條的成分：
稱取3.2g表面被氧化的鎂條，放入100g稀鹽酸中恰好完全反應(yīng)，得到氫氣0.2g．求：
（6）此鎂條中金屬鎂的質(zhì)量為2.4g．
（7）反應(yīng)后所得溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量11.4g．（寫出計算過程）
氧化鎂與稀鹽酸能反應(yīng)，類似鹽酸除鐵銹的原理．

Answer 1

分析 研究一、
（1）依據(jù)反應(yīng)時溫度的變化分析反應(yīng)時能量的變化進行解答；
（2）依據(jù)圖示結(jié)合題意解釋反應(yīng)規(guī)律，依據(jù)鎂與鹽酸反應(yīng)會生成氫氣及氯化鎂書寫方程式；
研究二、
（3）依據(jù)酸堿性溶液pH的大小進行分析判斷；
（4）根據(jù)甲乙同學(xué)的不同猜想分析兩人必做的實驗操作，以據(jù)反應(yīng)的現(xiàn)象結(jié)合質(zhì)量守恒定律的有關(guān)應(yīng)用對化學(xué)方程式進行書寫即可；
（5）根據(jù)活潑金屬與水反應(yīng)的條件分析即可；
研究三、根據(jù)鈣鎂鋇活動性強弱的關(guān)系結(jié)合原子結(jié)構(gòu)示意圖分析與金屬的活動性有關(guān)的相關(guān)因素；
研究四：確定鎂條的成分：
（6）氧化鎂和稀鹽酸反應(yīng)生成氯化鎂和水，鎂和稀鹽酸反應(yīng)生成氯化鎂和氫氣，根據(jù)生成氫氣的質(zhì)量可以計算鎂的質(zhì)量；
（7）進一步可以計算氧化鎂的質(zhì)量，從而可以計算反應(yīng)后所得溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)．．

解答 解：研究一、
（1）反應(yīng)中試管外壁發(fā)燙，說明鎂與稀鹽酸反應(yīng)是放熱反應(yīng)．
（2）由于鎂與鹽酸反應(yīng)放熱，溫度越高反應(yīng)速度越快；鎂與鹽酸反應(yīng)會生成氫氣及氯化鎂，所以鎂與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：Mg+2HCl=MgCl₂+H₂↑；
研究二、
（3）pH小于7的溶液呈酸性，由于該溶液顯酸性，所以要測定氯化鎂溶液的酸堿性；
（4）氯化鎂溶液的酸堿性，在滴有兩滴酚酞的熱水中放入一段打磨過的鎂條，觀察到溶液很快變?yōu)榧t色，說明生成了堿性物質(zhì)，同時還觀察到鎂條表面有氣體生成，收集并點燃該氣體，發(fā)現(xiàn)能燃燒說明生成了可燃性氣體，根據(jù)質(zhì)量守恒定律中反應(yīng)前后元素的種類不變，可知該反應(yīng)的產(chǎn)物是氫氧化鎂和氫氣，
其方程式為：Mg+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂+H₂↑；
（5）依據(jù)鈉與水反應(yīng)不需要加熱，而鎂與水反應(yīng)需要加熱可知：金屬與水的反應(yīng)與金屬活動性順序有關(guān)．
研究三、由所學(xué)可知鈣的活動性強于鎂，題目告訴我們已知其中Ba的活動性最強，從粒子結(jié)構(gòu)示意圖分析可知三種金屬元素的最外層電子數(shù)均為2，從而說明最外層電子數(shù)相同時，電子層數(shù)越多其活動性越強，據(jù)此推測，金屬的活動性除與原子的最外層電子數(shù)有關(guān)，還與電子層數(shù)有關(guān)．
研究四：確定鎂條的成分：
（6）設(shè)鎂的質(zhì)量為x，生成氯化鎂的質(zhì)量為y，
Mg+2HCl═MgCl₂+H₂↑，
24                  95   2
x                    y   0.2g
$\frac{24}{x}$=$\frac{95}{y}$=$\frac{2}{0.2g}$，
x=2.4g，y=9.5g，
答：鎂的質(zhì)量是2.4g．
（7）設(shè)氧化鎂和稀鹽酸反應(yīng)生成氯化鎂的質(zhì)量為z，
MgO+2HCl═MgCl₂+H₂O，
40                  95
3.2g-2.4g         z
$\frac{40}{3.2g-2.4g}$=$\frac{95}{z}$，
z=1.9g，
反應(yīng)后所得溶液的溶質(zhì)質(zhì)量為：9.5g+1.9g=11.4g，
答：反應(yīng)后所得溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.4g．
故本題答案為：（1）放熱；
（2）鎂與鹽酸反應(yīng)放熱，溫度越高反應(yīng)速度越快；Mg+2HCl=MgCl₂+H₂↑；
（3）氯化鎂；
（4）Mg+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂+H₂↑；
（5）有關(guān)；電子層數(shù)；
（6）2.4g；
（7）11.4g．

點評 此題是一道實驗探究題，解題的關(guān)鍵是分析實驗的過程，并結(jié)合題中所給的信息結(jié)合所學(xué)相關(guān)知識對問題進行探討與分析，還考查學(xué)生運用假設(shè)法和化學(xué)方程式進行計算和推斷的能力，計算時要注意規(guī)范性和準(zhǔn)確性．