Question

【題目】某學習小組做鎂在空氣中燃燒實驗時，發現生成物中有黑色固體，針對這一現象及該反應的應用，他們開展了如下探究，請仔細閱讀并完成下列探究報告。

（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：氮氣； 空氣成分三：水蒸氣；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符號表達式：________；

（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）催化劑能影響化學反應速度，溫度、反應物的濃度（或質量分數）、反應物接觸面積等也會影響化學反應速度。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低于最佳質量比時，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。寫出該反應的符號表達式_______

（實驗二）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；

方法2：實驗室將氨氣通過紅熱的氧化銅，可制得純凈的氮氣和銅。屬于化學變化的是____（填“方法1”或“方法2”）

（二）燃燒鎂帶，觀察現象

將鎂帶打磨光亮，點燃，伸入盛氮氣的集氣瓶中，瓶內壁附著一層淡黃色的固體。

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，其中氮元素的化合價為-3，則氮化鎂的化學式為_______

（實驗三）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

（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_____反應產生的。

Answer 1

【答案】KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2 C 1:3 氯酸鉀與二氧化錳的接觸面積小 Mg+O2MgO 方法2 Mg3N2 防止暴沸 排盡裝置中的空氣 氫氣 二氧化碳

【解析】

（1）高錳酸鉀發生分解反應生成錳酸鉀、二氧化錳、氧氣，KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2（2）氧氣進入裝滿水的集氣瓶內，水被排出流進量筒中，量筒中水的體積等于收集到的氧氣的體積，故選C。（3）生成200mL氧氣，所用時間越短，說明反應速度越快，二氧化錳與氯酸鉀的質量比為1:3時，所用時間最短，所以二氧化錳與氯酸鉀的最佳質量比為1:3。（4）當二氧化錳與氯酸鉀的質量比低于最佳質量比時，反應速度變低的原因是氯酸鉀與二氧化錳的接觸面積小，因為反應物之間接觸面積越大，反應速度越快。（二）鎂與氧氣反應生成氧化鎂[實驗二]（一）有新物質生成的變化是化學變化，方法二有新物質生成，所以是化學變化。（二）化合物中各元素化合價的代數和為零，設氮化鎂的化學式為MgxNy，則（+2）×x+(-3)×y=0，解得=，所以氮化鎂的化學式為Mg3N2。[實驗三]（1）裝置A中放入幾粒沸石或碎瓷片的目的是防止液體暴沸。（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。（3）化學反應前后元素的種類不變，反應物中有Mg、H、O元素，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，說明生成的氣體具有可燃性，所以該氣體是氫氣。因為鎂在空氣中燃燒生成黑色固體，而氮化鎂是淡黃色的固體，鎂與水蒸氣反應無黑色固體生成，鎂不與稀有氣體反應，所以黑色固體是鎂與二氧化碳反應生成的。