Question

【題目】某小組做課本實驗5-2（即鎂在空氣中燃燒）時，發現生成物中有少許黑色固體，針對這一現象，他們開展了以下探究，請仔細閱讀并完成探究報告。

（探究目的）探究黑色固體是鎂與空氣中什么物質反應產生的。

（分析猜想）分析空氣中各種成分，尋找猜想依據：

空氣成分一：氧氣； 空氣成分二：水蒸氣；

空氣成分三：氮氣； 空氣成分四：二氧化碳；

空氣成分五：稀有氣體：化學性質很穩定，一般不與其它物質反應。

（實驗一）鎂帶與氧氣的反應

（一）制取氧氣并探究氯酸鉀和二氧化錳制氧氣的實驗中反應物與催化劑的最佳質量比。

實驗中采用如圖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量的二氧化錳，分別測量二氧化錳與氯酸鉀在不同質量比時，生成200mL氧氣所消耗的時間。實驗記錄的數據如表：

實驗編號	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
二氧化錳的質量/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氧氣時間/秒	235	186	162	147	133	117	143	160	211	244

請回答下列問題：

（1）請寫出該實驗中發生反應的化學方程式：___________；

（2）為了完成本實驗，方框內應選擇圖2氣體收集裝置中的_____（填字母）；

（3）分析上述數據，你認為利用此法制氧氣，二氧化錳與氯酸鉀的最佳質量比為____；

（4）分析上表數據，結合影響化學反應速度的因素分析，當二氧化錳與氯酸鉀的質量比高于最佳質量比時，反應速度變低的原因是___________。

（二）燃燒鎂帶，觀察現象

將鎂帶打磨光亮，點燃，伸入盛滿氧氣的集氣瓶中，產生大量白煙，生成白色固體。

實驗結論：鎂與氧氣反應生成白色的氧化鎂。

（實驗二）鎂帶與水蒸氣的反應

實驗裝置如下圖所示：

（1）裝置A中放入幾粒沸石或碎瓷片的目的是_________；

（2）實驗開始時，應先點燃A處酒精燈，等觀察到水沸騰后，再點燃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，說明生成的氣體是_______；

實驗結論：鎂粉能和水蒸氣反應，但裝置B中并沒有產生黑色固體。

（實驗三）鎂帶與氮氣的反應

（一）獲取氮氣：

方法1：工業上把空氣液化，然后蒸發，先蒸發出來的氣體就是氮氣，這是利用液氧、液氮的________（填具體的物理性質）不同。

方法2：以下是獲取氮氣的方法及裝置（裝置中使用的固體藥品均過量），其中得到氮氣較純的是____________（填字母）。

（二）燃燒鎂帶，觀察現象

將0.72g打磨光亮的鎂帶在氮氣中充分燃燒，實驗結束后，集氣瓶內壁附著一層淡黃色的固體，稱得其質量為1.00g。

實驗結論：鎂與氮氣在點燃的條件下發生化合反應生成淡黃色的氮化鎂，試根據數據求出氮化鎂的化學式為___________（寫出計算過程）。

（探究結論）根據以上信息，可以推理得出鎂在空氣中燃燒產生的黑色固體是鎂與空氣中的二氧化碳反應產生的，該黑色固體是__________（寫出化學式）。

Answer 1

【答案】 C 1:3 二氧化錳用量過多，氯酸鉀的質量分數降低，反應物間的接觸面積減小 防止水暴沸 排盡裝置中的空氣 氫氣 沸點 B Mg3N2 C

【解析】

[實驗一]（1）氯酸鉀在二氧化錳作催化劑、加熱條件下發生反應生成氯化鉀、氧氣，反應反應的化學方程式為：；

（2）收集一定體積的氧氣，應該選用量筒，當集氣瓶中的水較少時，水易從長導氣管排出，故氧氣從短導氣管進入，導氣管不能伸入量筒的底部，否則會占有一定的體積，影響氧氣體積的測量，故方框內應選擇圖2氣體收集裝置中的C；

（3）分析上述數據可知，當二氧化錳與氯酸鉀的質量比為1:3時，生成200mL氧氣的時間是最短的，即反應速率最快，故利用此法制氧氣，二氧化錳與氯酸鉀的最佳質量比為1:3；

（4）二氧化錳與氯酸鉀的質量比高于最佳質量比時，反應速度變低的原因是二氧化錳用量過多，氯酸鉀的質量分數降低，反應物間的接觸面積減小。

[實驗二]（1）裝置A中放入幾粒沸石或碎瓷片的目的是防止水暴沸；

（2）實驗開始時，應先點燃A處酒精燈，等觀察到水沸騰后，再點燃B處酒精燈，這樣做的目的是排盡裝置中的空氣，防止鎂與空氣中的氣體反應；

（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，說明生成的氣體具有可燃性，密度比空氣的密度小，該氣體是氫氣；

[實驗三]鎂帶與氮氣的反應（一）獲取氮氣：

方法1：工業上把空氣液化，然后蒸發，先蒸發出來的氣體就是氮氣，這是利用液氧、液氮的沸點不同。

方法2：硫磺是硫的俗稱，硫、木炭燃燒都生成氣體，使得到的氮氣不純，而紅磷燃燒生成五氧化二磷固體，燃燒后無氣體生成，可得到較純的氮氣，故選B。

（二）將0.72g打磨光亮的鎂帶在氮氣中充分燃燒，實驗結束后，集氣瓶內壁附著一層淡黃色的固體，稱得其質量為1.00g。根據質量守恒定律，參加反應的氮氣的質量為：1.00g-0.72g=0.28g，故氮化鎂中氮元素的質量為0.28g，，鎂元素的質量為0.72g，設氮化鎂的化學式為MgxNy，則，解得，氮化鎂的化學式為Mg3N2。

[探究結論]根據以上信息，可以推理得出鎂在空氣中燃燒產生的黑色固體是鎂與空氣中的二氧化碳反應產生的，該黑色固體是碳單質。