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19.为了测定金属镁样品中镁的质量分数(杂质不含镁元素,不溶于水,也不与其他物质发生反应),进行了如下实验。请回答下列问题。
(1)上述实验过程中发生反应的化学方程式为。
(2)此样品中镁的质量分数为。
(3)用36.5%的浓盐酸配制200 g上述稀盐酸,所需蒸馏水的质量为g。
(4)试计算反应后的滤液中溶质的质量分数:。
(5)工业上用纯度为48%的菱镁矿(主要成分是$\ce{MgCO_{3}}$,其余成分不参加反应)冶炼上述金属镁样品100 t,理论上所需菱镁矿的质量为t。
(1)上述实验过程中发生反应的化学方程式为。
(2)此样品中镁的质量分数为。
(3)用36.5%的浓盐酸配制200 g上述稀盐酸,所需蒸馏水的质量为g。
(4)试计算反应后的滤液中溶质的质量分数:。
(5)工业上用纯度为48%的菱镁矿(主要成分是$\ce{MgCO_{3}}$,其余成分不参加反应)冶炼上述金属镁样品100 t,理论上所需菱镁矿的质量为t。
答案
(1) $\boldsymbol{\ce{Mg + 2HCl = MgCl_{2} + H_{2}\uparrow}}$
(2) $\boldsymbol{96\%}$
(3) $\boldsymbol{160}$
(4) $\boldsymbol{5\%}$
(5) $\boldsymbol{700}$
(2) $\boldsymbol{96\%}$
(3) $\boldsymbol{160}$
(4) $\boldsymbol{5\%}$
(5) $\boldsymbol{700}$
解析
解：
(1) 实验中镁和稀盐酸反应生成氯化镁和氢气，化学方程式为：
$\ce{Mg + 2HCl = MgCl_{2} + H_{2}\uparrow}$
(2) 反应生成氢气的质量为：$5\ \mathrm{g} + 200\ \mathrm{g} - 204.6\ \mathrm{g} = 0.4\ \mathrm{g}$
设样品中镁的质量为$x$
$\ce{Mg + 2HCl = MgCl_{2} + H_{2}\uparrow}$
$24\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 2$
$x\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 0.4\ \mathrm{g}$
$\dfrac{24}{2}=\dfrac{x}{0.4\ \mathrm{g}}$
解得$x=4.8\ \mathrm{g}$
样品中镁的质量分数为：$\dfrac{4.8\ \mathrm{g}}{5\ \mathrm{g}} × 100\% = 96\%$
(3) 设200g上述稀盐酸中溶质HCl的质量为$y$
$\ce{Mg + 2HCl = MgCl_{2} + H_{2}\uparrow}$
$\ \ \ \ \ \ \ \ 73\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 2$
$\ \ \ \ \ \ \ \ y\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 0.4\ \mathrm{g}$
$\dfrac{73}{2}=\dfrac{y}{0.4\ \mathrm{g}}$
解得$y=14.6\ \mathrm{g}$
所需36.5%浓盐酸的质量为：$\dfrac{14.6\ \mathrm{g}}{36.5\%}=40\ \mathrm{g}$
所需蒸馏水的质量为：$200\ \mathrm{g} - 40\ \mathrm{g} = 160\ \mathrm{g}$
(4) 设反应生成氯化镁的质量为$z$
$\ce{Mg + 2HCl = MgCl_{2} + H_{2}\uparrow}$
$\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 95\ \ \ \ \ \ \ \ 2$
$\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ z\ \ \ \ \ \ \ 0.4\ \mathrm{g}$
$\dfrac{95}{2}=\dfrac{z}{0.4\ \mathrm{g}}$
解得$z=19\ \mathrm{g}$
滤液的总质量为：$4.8\ \mathrm{g} + 200\ \mathrm{g} + 175.6\ \mathrm{g} - 0.4\ \mathrm{g} = 380\ \mathrm{g}$
滤液中溶质的质量分数为：$\dfrac{19\ \mathrm{g}}{380\ \mathrm{g}} × 100\% = 5\%$
(5) 100 t该金属镁样品中含镁的质量为：$100\ \mathrm{t} × 96\% = 96\ \mathrm{t}$
根据镁元素质量守恒，设理论上所需菱镁矿的质量为$m$：
$m × 48\% × \dfrac{24}{24+12+16×3} = 96\ \mathrm{t}$
$m × 48\% × \dfrac{24}{84} = 96\ \mathrm{t}$
解得$m=700\ \mathrm{t}$
(1) 实验中镁和稀盐酸反应生成氯化镁和氢气，化学方程式为：
$\ce{Mg + 2HCl = MgCl_{2} + H_{2}\uparrow}$
(2) 反应生成氢气的质量为：$5\ \mathrm{g} + 200\ \mathrm{g} - 204.6\ \mathrm{g} = 0.4\ \mathrm{g}$
设样品中镁的质量为$x$
$\ce{Mg + 2HCl = MgCl_{2} + H_{2}\uparrow}$
$24\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 2$
$x\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 0.4\ \mathrm{g}$
$\dfrac{24}{2}=\dfrac{x}{0.4\ \mathrm{g}}$
解得$x=4.8\ \mathrm{g}$
样品中镁的质量分数为：$\dfrac{4.8\ \mathrm{g}}{5\ \mathrm{g}} × 100\% = 96\%$
(3) 设200g上述稀盐酸中溶质HCl的质量为$y$
$\ce{Mg + 2HCl = MgCl_{2} + H_{2}\uparrow}$
$\ \ \ \ \ \ \ \ 73\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 2$
$\ \ \ \ \ \ \ \ y\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 0.4\ \mathrm{g}$
$\dfrac{73}{2}=\dfrac{y}{0.4\ \mathrm{g}}$
解得$y=14.6\ \mathrm{g}$
所需36.5%浓盐酸的质量为：$\dfrac{14.6\ \mathrm{g}}{36.5\%}=40\ \mathrm{g}$
所需蒸馏水的质量为：$200\ \mathrm{g} - 40\ \mathrm{g} = 160\ \mathrm{g}$
(4) 设反应生成氯化镁的质量为$z$
$\ce{Mg + 2HCl = MgCl_{2} + H_{2}\uparrow}$
$\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 95\ \ \ \ \ \ \ \ 2$
$\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ z\ \ \ \ \ \ \ 0.4\ \mathrm{g}$
$\dfrac{95}{2}=\dfrac{z}{0.4\ \mathrm{g}}$
解得$z=19\ \mathrm{g}$
滤液的总质量为：$4.8\ \mathrm{g} + 200\ \mathrm{g} + 175.6\ \mathrm{g} - 0.4\ \mathrm{g} = 380\ \mathrm{g}$
滤液中溶质的质量分数为：$\dfrac{19\ \mathrm{g}}{380\ \mathrm{g}} × 100\% = 5\%$
(5) 100 t该金属镁样品中含镁的质量为：$100\ \mathrm{t} × 96\% = 96\ \mathrm{t}$
根据镁元素质量守恒，设理论上所需菱镁矿的质量为$m$：
$m × 48\% × \dfrac{24}{24+12+16×3} = 96\ \mathrm{t}$
$m × 48\% × \dfrac{24}{84} = 96\ \mathrm{t}$
解得$m=700\ \mathrm{t}$
20.化学兴趣小组以“金属的探索与应用”为主题开展项目式学习。
项目一:金属活动性顺序的探究
为验证铝、铜、银的金属活动性强弱,小组成员设计了以下四组实验:
(1)写出试管③中反应的化学方程式: 。
(2)为达到实验目的,若试管④中的固体X是铜,则Y溶液为 溶液。
(3)待试管中的反应完全停止后,将试管②中物质过滤,将滤渣与试管③中的物质一同倒入烧杯中,充分反应后,观察到烧杯中的红色固体表面有较多银白色固体出现,则反应后试管③中的溶质有 。反应过程中,烧杯中部分离子的个数变化如图所示,则充分反应后,烧杯中阳离子与阴离子的个数比为 。
项目二:铁粉锈蚀快慢和程度的探究
(4)小组同学设计了如图1所示的探究装置,连接好实验仪器后,确定装置气密性良好,进行如下实验:
a.如图1所示,将5 g铁粉加入三颈烧瓶,连接压强传感器,最终绘制出压强随时间变化的曲线如图2所示。
b.t₁时刻用注射器加入2 mL饱和NaCl溶液。
c.t₃时刻将装有稀盐酸的注射器插入烧瓶并加入稀盐酸。
①根据图2信息对比AB段和BC段,说明 (填“A”或“B”)。
A.NaCl溶液能加快铁粉的锈蚀
B.NaCl溶液能减缓铁粉的锈蚀
②t₃时刻压强突然变大,说明铁粉锈蚀的程度属于 (填“部分”或“全部”)腐蚀。
项目一:金属活动性顺序的探究
为验证铝、铜、银的金属活动性强弱,小组成员设计了以下四组实验:
(1)写出试管③中反应的化学方程式: 。
(2)为达到实验目的,若试管④中的固体X是铜,则Y溶液为 溶液。
(3)待试管中的反应完全停止后,将试管②中物质过滤,将滤渣与试管③中的物质一同倒入烧杯中,充分反应后,观察到烧杯中的红色固体表面有较多银白色固体出现,则反应后试管③中的溶质有 。反应过程中,烧杯中部分离子的个数变化如图所示,则充分反应后,烧杯中阳离子与阴离子的个数比为 。
项目二:铁粉锈蚀快慢和程度的探究
(4)小组同学设计了如图1所示的探究装置,连接好实验仪器后,确定装置气密性良好,进行如下实验:
a.如图1所示,将5 g铁粉加入三颈烧瓶,连接压强传感器,最终绘制出压强随时间变化的曲线如图2所示。
b.t₁时刻用注射器加入2 mL饱和NaCl溶液。
c.t₃时刻将装有稀盐酸的注射器插入烧瓶并加入稀盐酸。
①根据图2信息对比AB段和BC段,说明 (填“A”或“B”)。
A.NaCl溶液能加快铁粉的锈蚀
B.NaCl溶液能减缓铁粉的锈蚀
②t₃时刻压强突然变大,说明铁粉锈蚀的程度属于 (填“部分”或“全部”)腐蚀。
答案
解：
(1) $\ce{Al + 3AgNO_{3} = Al(NO_{3})_{3} + 3Ag}$
(2) 硝酸银（或$\ce{AgNO_{3}}$，合理即可）
(3) 硝酸铝和硝酸银（或$\ce{Al(NO_{3})_{3}}$、$\ce{AgNO_{3}}$）；$4:7$
(4) ① A
② 部分
(1) $\ce{Al + 3AgNO_{3} = Al(NO_{3})_{3} + 3Ag}$
(2) 硝酸银（或$\ce{AgNO_{3}}$，合理即可）
(3) 硝酸铝和硝酸银（或$\ce{Al(NO_{3})_{3}}$、$\ce{AgNO_{3}}$）；$4:7$
(4) ① A
② 部分
