Question

【題目】某學(xué)習(xí)小組做鎂在空氣中燃燒實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)生成物中有黑色固體，針對(duì)這一現(xiàn)象及該反應(yīng)的應(yīng)用，他們開(kāi)展了如下探究，請(qǐng)仔細(xì)閱讀并完成下列探究報(bào)告。

（探究目的）探究黑色固體是鎂與空氣中什么物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生的。

（分析猜想）分析空氣中各種成分，尋找猜想依據(jù)：

空氣成分一：氧氣；空氣成分二：氮?dú)�；空氣成分三：水蒸氣；空氣成分四：二氧化碳�?/span>

（實(shí)驗(yàn)一）鎂與氧氣的反應(yīng)

（一）制取氧氣并探究氯酸鉀和二氧化錳制氧氣反應(yīng)物與催化劑的最佳質(zhì)量比。

實(shí)驗(yàn)中采用如圖1、2所示裝置，取20g氯酸鉀，分成10等份，每份2g，分別裝入10支試管中。在10支試管中分別加入不同質(zhì)量的二氧化錳，分別測(cè)量二氧化錳與氯酸鉀在不同質(zhì)量比時(shí)，生成200mL氧氣所消耗的時(shí)間。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
二氧化錳的質(zhì)量/g	0.1	0.2	0.33	0.4	0.5	0.66	1	1.3	2	3
二氧化錳與氯酸鉀的質(zhì)量比	1:20	1:10	1:6	1:5	1:4	1:3	1:2	2:3	1:1	3:2
生成200mL氧氣時(shí)間/秒	235	186	162	147	133	117	143	160	211	244

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前先_____；

（2）為了完成本實(shí)驗(yàn)，方框內(nèi)應(yīng)選擇圖2氣體收集裝置中的_____（填字母）；

（3）分析上述數(shù)據(jù)，你認(rèn)為利用此法制氧氣，二氧化錳與氯酸鉀的最佳質(zhì)量比為_____；

（4）催化劑能影響化學(xué)反應(yīng)速度，溫度、反應(yīng)物的濃度（或質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、反應(yīng)物接觸面積等也會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)速度。分析上表數(shù)據(jù)，結(jié)合影響化學(xué)反應(yīng)速度的因素分析當(dāng)二氧化錳與氯酸鉀的質(zhì)量比低于最佳質(zhì)量比時(shí)，反應(yīng)速度變低的原因是_______。

（二）燃燒鎂帶

將鎂帶打磨，點(diǎn)燃，伸入盛滿氧氣的集氣瓶中，產(chǎn)生大量白煙，生成白色固體。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：鎂與氧氣反應(yīng)生成白色的氧化鎂。

（實(shí)驗(yàn)二）鎂與氮?dú)獾姆磻?yīng)

（一）獲取氮?dú)猓?/span>

方法1：工業(yè)上把空氣液化，然后蒸發(fā)，先蒸發(fā)出來(lái)的氣體就是氮?dú)猓?/span>

方法2：實(shí)驗(yàn)室將氨氣通過(guò)紅熱的氧化銅，可制得純凈的氮?dú)夂豌~。屬于化學(xué)變化的是_____（填“方法1”或“方法2”）

（二）燃燒鎂帶

打磨鎂帶光亮，點(diǎn)燃，伸入盛氮?dú)獾募瘹馄恐�，瓶�(jī)?nèi)壁附著一層淡黃色的固體。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：鎂與氮?dú)庠邳c(diǎn)燃的條件下發(fā)生化合反應(yīng)生成淡黃色的氮化鎂，其中氮元素的化合價(jià)為﹣3，則該反應(yīng)的符號(hào)表達(dá)式為_____

（實(shí)驗(yàn)三）鎂與水蒸氣的反應(yīng)

實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示：

（1）裝置A中放入幾粒沸石或碎瓷片的目的是______；

（2）實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，應(yīng)先點(diǎn)燃A處酒精燈，等觀察到水沸騰后，再點(diǎn)燃B處酒精燈，這樣做的目的是_____；

（3）生成的氣體通入肥皂液中，用燃著的木條靠近肥皂泡，有爆鳴聲，稍后有肥皂泡飄到空中，說(shuō)明生成的氣體是____；

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：鎂粉能和水蒸氣反應(yīng)，但裝置B中并沒(méi)有產(chǎn)生黑色固體

（探究結(jié)論）根據(jù)以上信息，可以推理得出鎂在空氣中燃燒產(chǎn)生的黑色固體是鎂與空氣中的_____反應(yīng)產(chǎn)生的。

Answer 1

【答案】檢查裝置氣密性 C 1：3 二氧化錳與氯酸鉀的接觸面積小 方法2 Mg+N2Mg3N2 防止暴沸 排盡空氣，防止鎂和氧氣及氮?dú)夥磻?yīng)（只要答到前半句就對(duì)） H2 CO2

【解析】

實(shí)驗(yàn)一：

（一）（1）實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前先檢查裝置氣密性；

（2）為了完成本實(shí)驗(yàn)，正確的收集裝置為C，其中AB不能將水排出收集氣體，D測(cè)量所排出水的體積不準(zhǔn)確；

（3）分析上述數(shù)據(jù)，二氧化錳與氯酸鉀的最佳質(zhì)量比為1:3時(shí)，生成200mL氧氣時(shí)間最短，故二氧化錳與氯酸鉀的最佳質(zhì)量比為1:3；

（4）反應(yīng)物接觸面積等會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)速度，分析上表數(shù)據(jù)，當(dāng)二氧化錳與氯酸鉀的質(zhì)量比低于最佳質(zhì)量比時(shí)，反應(yīng)速度變低的原因是二氧化錳與氯酸鉀的接觸面積小。

實(shí)驗(yàn)二：

（一）方法1過(guò)程沒(méi)有新物質(zhì)生成，屬于物理變化；方法2過(guò)程有新物質(zhì)銅和氮?dú)馍�成，屬于化學(xué)變化；故屬于化學(xué)變化的是方法2；

（二）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

鎂與氮?dú)庠邳c(diǎn)燃的條件下發(fā)生化合反應(yīng)生成淡黃色的氮化鎂，其中氮元素的化合價(jià)為﹣3，可知氮化鎂化學(xué)式為，則該反應(yīng)的符號(hào)表達(dá)式為。

實(shí)驗(yàn)三：

（1）裝置A中放入幾粒沸石或碎瓷片的目的是防止暴沸；

（2）實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，應(yīng)先點(diǎn)燃A處酒精燈，等觀察到水沸騰后，再點(diǎn)燃B處酒精燈，這樣做的目的是排盡空氣，防止鎂和氧氣及氮?dú)夥磻?yīng)；

（3）生成的氣體通入肥皂液中，用燃著的木條靠近肥皂泡，有爆鳴聲，稍后有肥皂泡飄到空中，說(shuō)明生成的氣體是氫氣；

探究結(jié)論：

根據(jù)以上信息，可以推理得出鎂在空氣中燃燒產(chǎn)生的黑色固體是鎂與空氣中的二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)生的。