高考化学与镁及其化合物有关的压轴题及答案解析.docx
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高考化学与镁及其化合物有关的压轴题及答案解析
2020-2021高考化学与镁及其化合物有关的压轴题及答案解析
一、镁及其化合物
1．有A、B、C三种常见的金属单质，A在空气中燃烧生成淡黄色固体；B也能在空气中剧烈燃烧，发出耀眼的白光；C在一定条件下与水蒸气反应生成氢气和一种黑色固体。
根据以上信息回答下列问题：
（1）写出化学式：
A．________；B．________；C．________。
（2）写出化学方程式：
①C与水蒸气反应______________________________________________________；
②A与水反应_______________________________________________________。
【答案】NaMgFe3Fe＋4H2O（g）
Fe3O4＋4H22Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑
【解析】
【分析】
有A、B、C三种常见的金属单质，A在空气中燃烧生成淡黄色固体，则A为钠；B也能在空气中剧烈燃烧，发出耀眼的白光，则B为镁；C在一定条件下与水蒸气反应生成H2和一种黑色固体，则C为铁，据此分析。
【详解】
有A、B、C三种常见的金属单质，A在空气中燃烧生成淡黄色固体，则A为钠；B也能在空气中剧烈燃烧，发出耀眼的白光，则B为镁；C在一定条件下与水蒸气反应生成H2和一种黑色固体，则C为铁。
（1）A、B、C的化学式分别为Na、Mg、Fe。
（2）化学方程式为
①C与水蒸气反应化学方程式为3Fe＋4H2O（g）
Fe3O4＋4H2；
②A与水反应化学方程式为2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑。
2．已知X溶液有如图所示转化关系：
（1）根据上述转化关系，写出下列物质的化学式：
X_____、Y_______、Z________、试剂甲________，试剂乙__________。
（2）写出上述各步反应①~④的离子方程式：
①__________________________________；②____________________________；
③___________________________________；④_____________________________。
【答案】MgSO4Mg（OH）2MgCl2BaCl2AgNO3SO42-+Ba2+═BaSO4↓Mg2++2OH-═Mg（OH）2↓Mg（OH）2+2H+═Mg2++2H2OAg++Cl-═AgCl↓
【解析】
【分析】
X与硝酸钡反应得到硝酸镁，则X含有镁离子，且阴离子与钡离子反应生成沉淀，可推知X为MgSO4，结合转化关系，可知Y为Mg（OH）2、Z为MgCl2、试剂甲为BaCl2，试剂乙为AgNO3，据此解答。
【详解】
（1）X与硝酸钡反应得到硝酸镁，则X含有镁离子，且阴离子与钡离子反应生成沉淀，可推知X为MgSO4，结合转化关系，可知Y为Mg（OH）2、Z为MgCl2、试剂甲为BaCl2，试剂乙为AgNO3；
（2）反应①的离子方程式为：
SO42-+Ba2+═BaSO4↓；
反应②的离子方程式为：
Mg2++2OH-═Mg（OH）2↓；
反应③的离子方程式为：
Mg（OH）2+2H+═Mg2++2H2O；
反应④的离子方程式为：
Ag++Cl-═AgCl↓。
3．下图中A～J分别代表相关反应的一种物质。
已知A分解得到等物质的量的B、C、D，图中有部分生成物未标出。
请填写以下空白：
（1）A中含有的化学键是________。
（2）写出铜与J反应制取H的化学方程式：
__________________________________________。
（3）写出反应③的离子方程式：
_________________________________________。
（4）写出物质B的电子式：
_______________；写出物质E的电子式：
_______________。
（5）在反应④中，当生成标况下22.4L物质G时，转移电子数为________mol。
【答案】离子键极性共价键3Cu＋8HNO3（稀）＝3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2ONH4＋＋HCO3－＋2OH－
NH3↑＋CO32－＋2H2O
2
【解析】
【分析】
A受热能分解，分解得到等物质的量的B、C、D，且A与碱反应生成气体D，D是氨气，即A是铵盐。
C能与过氧化钠反应，B能与镁反应，因此C为水，B是二氧化碳，则A为NH4HCO3。
E为MgO，F为C，水与过氧化钠反应生成G，G为O2，D与G反应生成H，H为NO，I为NO2，J为HNO3，再结合F与J反应生成B、C、I，符合上述转化。
【详解】
（1）碳酸氢铵中含有的化学键是离子键和共价键。
（2）铜与J反应制取H的化学方程式为3Cu＋8HNO3（稀）＝3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O。
（3）反应③的离子方程式为NH4＋＋HCO3－＋2OH－
NH3↑＋CO32－＋2H2O。
（4）二氧化碳的电子式为
；氧化镁是离子化合物，电子式为
。
（5）在反应④中过氧化钠中氧元素化合价从－1价升高到0价，则当生成标况下22.4L即1mol氧气时，转移电子数为2mol。
【点晴】
利用物质的转化推断出各物质是解答本题的关键，C及A为解答本题的突破口；解框图题的方法：
最关键的是寻找“突破口”，“突破口”就是抓“特”字，例如特殊颜色、特殊状态、特殊气味、特殊反应、特殊现象、特殊制法、特殊用途等；例如本题中的能与强碱反应放出气体的一般是铵盐等。
4．将一定质量的Mg和Al的混合物投入500mL稀硫酸中，固体全部溶解并产生气体．待反应完全后，向所得溶液中加入NaOH溶液，生成沉淀的物质的量与加入NaOH溶液的体积关系如图所示．
（1）Mg和Al的总质量为g
（2）硫酸的物质的量浓度为．
（3）NaOH溶液的物质的量浓度为．
【答案】
（1）9.0g
（2）1.0mol/L（3）5.0mol/L
【解析】
试题分析：
（1）由图可知，0～20mL发生酸碱中和反应，20～200mL发生反应生成氢氧化镁和氢氧化铝沉淀，200～240mL发生Al（OH）3+NaOH=NaAlO2+2H2O，由图象可知，n（Mg）="0.15"mol，n（Al）="0.2"mol，则Mg和Al的总质量为0.15×24+0.2×27=9.0g；
（2）由200～240mL发生Al（OH）3+NaOH=NaAlO2+2H2O，则c（NaOH）="0.2/0.04"="5"mol/L，200mL时生成沉淀最多，溶液中的溶质为硫酸钠，则c（H2SO4）=（0.2×5÷2）/0.5=1.0mol/L；
（3）NaOH溶液的物质的量浓度为5.0mol/L。
考点：
镁、铝的性质
5．根据镁与二氧化碳的反应推测，钠也能在二氧化碳中燃烧，且固体产物可能为碳酸钠、氧化钠、碳中的两种或三种。
某兴趣小组用如下装置开展两个阶段的实验探究。
I、引发CO2与Na反应。
操作步骤为：
①按图连接装置，检验气密性，并往各装置中加入试剂；②打开装置a上活塞一段时间；③点燃d处酒精灯，使CO2与Na充分反应。
停止加热，继续通气体使双通直管冷却。
回答下列问题：
（1）操作①时，装置b中装入的试剂是___________；
（2）步骤②时，当观察到_________时，才能进入步骤③。
Ⅱ：
探究反应产物及反应机理。
取反应后双通管中固体物质29．2g进行如下实验：
①仔细观察固体，发现有黑色颗粒；
②将固体溶于足量的水并过滤、洗涤，得到1．8g滤渣（干燥）；
③将滤液加水稀释配成250mL的溶液；
④取少量③的溶液，先加足量BaCl2溶液，再加酚酞试液，观察到白色沉淀及溶液变红；
⑤取25．0mL③的溶液，用3．0mol·L-1盐酸滴定，消耗盐酸20．00mL。
回答下列问题：
（3）反应后装置d中的固体物质为___________；
（4）通过计算分析：
29．2g残留固体中，各组分的质量各是多少?
________；
（5）该探究条件下，钠与二氧化碳反应的化学方程式为_______。
【答案】饱和NaHCO3溶液e装置中产生白色沉淀C、Na2O、Na2CO3碳的质量为1.8g；碳酸钠的质量为21.2g；氧化钠的质量为6.2g12Na+7CO2
3C+2Na2O+4Na2CO3
【解析】
分析：
由实验方案图可知，a为二氧化碳发生装置，d为二氧化碳与钠反应装置，通入d装置的二氧化碳应干燥并需除去二氧化碳中的HCl，因此b中应用饱和的碳酸氢钠溶液，c为干燥装置，吸收水蒸气。
反应需要排尽装置内的空气，当e装置中产生白色沉淀，说明空气中的二氧化碳排尽，再加热d处的酒精灯发生反应。
详解：
（1）根据上述分析，装置b是除去二氧化碳气体中的HCl，应用饱和的碳酸氢钠溶液，c为干燥装置，吸收水蒸气，故答案为饱和NaHCO3溶液；
（2）根据上述分析可知，反应需要排尽装置内的空气，当e装置中产生白色沉淀，说明空气中的二氧化碳排尽，再加热d处的酒精灯发生反应，故答案为e装置中产生白色沉淀；
（3）步骤①将干燥得到1.8g滤渣为不溶物碳；步骤③中最终所得固体质量为3.94g为碳酸钡，说明反应生成碳酸钠，根据碳元素守恒可知，碳酸钠的物质的量=
=0.02mol，故29.2g固体物质中碳酸钠的物质的量为
=0.2mol，其质量=0.2mol×106g/mol=21.2g，步骤④中盐酸滴定碳酸钠，消耗盐酸的物质的量为0.02mol×2=0.04mol，实际消耗HCl为3.0mol•L-1×0.020L=0.06mol，大于0.02mol，故溶液中含有氢氧化钠，说明反应中有氧化钠生成，故答案为C、Na2O、Na2CO3；
（4）根据（3）的分析，碳的质量为1.8g；碳酸钠的质量为21.2g；步骤④中盐酸滴定碳酸钠，消耗盐酸的物质的量为0.02mol×2=0.04mol，实际消耗HCl为3.0mol•L-1×0.020L=0.06mol，大于0.02mol，故溶液中含有氢氧化钠，说明反应中有氧化钠生成，滴定中氢氧化钠消耗的HCl为0.06mol-0.04mol=0.02mol，根据钠离子守恒可知氧化钠的物质的量为
=0.01mol，故29.2g固体物质中氧化钠的物质的量为
=0.1mol，其质量为0.1mol×62g/mol=6.2g，故答案为碳的质量为1.8g；碳酸钠的质量为21.2g；氧化钠的质量为6.2g；
（5）根据（4）中的计算可知产物为C、Na2O和Na2CO3，三者物质的量之比为
：
0.1mol：
0.2mol=3：
2：
4，故反应方程式为：
12Na+7CO2
3C+2Na2O+4Na2CO3，故答案为12Na+7CO2
3C+2Na2O+4Na2CO3。
点睛：
本题考查物质组成与探究，涉及对实验方案的理解、实验基本操作、化学计算与数据处理等，确定生成物的成分以发生的反应是难度，也是易错点，注意不能直接利用固体物质质量减去碳与碳酸钠的质量确定氧化钠的质量。
6．现拟在实验室里利用空气和镁粉为原料制取少量氮化镁（Mg3N2）。
已知实验中可能会发生下列反应：
①2Mg+O2
2MgO；②3Mg+N2
Mg3N2；
③2Mg+CO2
2MgO+C④Mg+H2O
MgO+H2↑⑤Mg3N2+6H2O=3Mg（OH）2+2NH3↑
可供选择的装置和药品如下页图所示（镁粉、还原铁粉均已干燥，装置内所发生的反应是完全的，整套装置的末端与干燥管相连）。
回答下列问题；
（1）在设计实验方案时，除装置A、E外，还应选择的装置（填字母代号）及其目的分别为（可不填满）
装置
目的
_______
_______
_______
_______
_______
_______
（2）连接并检查实验装置的气密性。
实验开始时，打开自来水的开关，将空气从5升的储气瓶压入反应装置，则气流流经导管的顺序是（填字母代号）_______________________；
（3）通气后，应先点燃_______处的酒精灯，再点燃_______处的酒精灯；如果同时点燃A、F装置的酒精灯，对实验结果有何影响?
_________________________；
（4）请设计一个实验，验证产物是Mg3N2，写出操作步骤、现象和结论：
_____________。
【答案】B目的是除气流中的水蒸汽，避免反应④发生D目的是除去空气中的CO2，避免反应③发生F目的是除去空气中的氧气，避免反应①发生j→h→g→d→c→k→l（或l→k）→a→b（或b→a）FA制得的氮化镁不纯将产物取少量置于试管中，加入适量水，将润湿的红色石蕊试纸置于试管口，如果能够看到润湿的红色石蕊试纸变蓝，则说明产物是氮化镁，若试纸不变蓝，则不含有Mg3N2
【解析】
【分析】
本题是在实验室里利用空气和镁粉为原料制取少量纯净的氮化镁，为了保证产品的纯度，需要除去空气中的氧气、二氧化碳及水气，分别利用还原铁粉、氢氧化钠溶液及浓硫酸完成，产品的检验可利用氮化镁的性质⑤来设计实验操作。
【详解】
（1）根据题中信息可知Mg在空气中点燃可以和O2、CO2、H2O反应，所以镁和氮气反应必须将空气中的O2、CO2、H2O除去制得干燥纯净的N2，浓硫酸作用是除去水蒸气，浓氢氧化钠是除去空气中二氧化碳，灼热的铁粉为了除去空气中氧气；所以在设计实验方案时，除装置A、E外，还应选择的装置B，目的是除气流中的水蒸汽，避免反应④发生；D，目的是除去空气中的CO2，避免反应③发生；F，目的是除去空气中的氧气，避免反应①发生；
（2）气体参与的物质制备实验中装置的连接一般顺序是：
制备气体→除杂→干燥→制备→尾气处理；需除去空气中的O2、CO2、H2O制备氮化镁，浓硫酸B的作用是除去水蒸气，浓氢氧化钠D是除去空气中二氧化碳，还原铁粉F是为了除去空气中氧气，所以装置连接顺序是，j→h（除二氧化碳）→g→d（除水蒸气）→c→k（除氧气）→l（或l→k）→a→b（或b→a）；
（3）通气后，先排除空气中的杂质，所以应该先点燃F，再点燃F，因为A装置没有排完空气前就加热会让空气中的氧气、CO2、水蒸气等与镁反应，如果装置F中的还原铁粉没有达到反应温度时，氧气不能除尽，导致氧同镁反应，而使氮化镁中混入氧化镁；
（4）依据氮化镁和水反应生成氨气，方程式为Mg3N2+6H2O=3Mg（OH）2+2NH3↑，将产物取少量置于试管中，加入适量水，将润湿的红色石蕊试纸置于试管口，如果能够看到润湿的红色石蕊试纸变蓝，则说明产物是氮化镁。
7．Mg能在NO2中燃烧，产物为Mg3N2、MgO和N2。
某科学小组通过实验验证反应产物并探究产物的比例关系。
资料信息：
限用如下装置实验（夹持装置省略，部分仪器可重复使用）
（1）装置连接的顺序为（填字母序号）；
（2）连接好仪器，装入药品前检验装置气密性的方法是____；
（3）装置A中盛装的干燥剂是；装置F的作用____；
（4）验证产物中存在Mg3N2的具体实验操作为．确定产物中有N。
生成的实验现象为；
（5）已知装置E中初始加入Mg粉质量为13．2g，在足量的NO2中充分燃烧，实验结束后，硬质玻璃管冷却至室温、称量，测得硬质玻璃管中剩余固体的质量为21．0g，产生N2的体积为1120mL（标准状况）。
写出玻璃管中发生反应的化学方程式：
__。
【答案】
（1）BAEAFC（D）（2分）；
（2）关闭分液漏斗活塞，将导气管末端插入水中，对锥形瓶微热，若到期管口有气泡冒出，停止加热，导气管中进入一段水柱，表示气密性良好（2分）；（3）无水氯化钙或五氧化二磷等（1分）除去二氧化氮（2分）（4）取少量反应后的固体产物，加入到水中产生有刺激性气味的气体，该气体能使湿润的红色石蕊试纸变成蓝色（2分）；装置C中收集到大量气体（2分）；（5）11Mg+4NO2=Mg3N2+8MgO+N2（2分）．
【解析】
【分析】
【详解】
（1）铜与浓硝酸反应产生的气体为二氧化氮，用干燥剂干燥，通入硬质玻璃管与镁粉反应，用F装置除去多余的二氧化氮，装置C、D排水法收集氮气，故装置的链接顺序为BAEAFC（D）；
（2）连接好仪器，装药品前装置的气密性检验方法是关闭分液漏斗活塞，将导气管末端插入水中，对锥形瓶微热，若到期管口有气泡冒出，停止加热，导气管中进入一段水柱，表示气密性良好；
（3）二氧化氮不能使用碱性干燥剂来干燥，U形管装的是固体干燥剂，故盛放的干燥剂可以是无水氯化钙或五氧化二磷等；
（4）取少量反应后的固体产物，加入到水中产生有刺激性气味的气体，该气体能使湿润的红色石蕊试纸变成蓝色，确定产物中有氮气生成的实验现象为装置C中收集到大量气体；
（5）设生成二氮化三镁的物质的量为x摩尔，氧化镁的物质的量为y摩尔，可得3x+y=0．55mol，100x+40y=21．0g，解x=0．05y=0．4，氮气的物质的量为0．05摩尔，即可得方程式为：
11Mg+4NO2=Mg3N2+8MgO+N2。
8．Ⅰ.某化合物M（仅含三种短周期元素）是一种储氢材料。
为探究M的组成和性质，设计并完成如下实验：
已知：
化合物A仅含两种元素；气体B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。
请回答：
（1）化合物M的组成元素是______________（用元素符号表示）。
（2）化合物A与水反应的化学方程式是______________________。
（3）镁带在足量气体B中燃烧可生成化合物M和一种单质气体，该反应的化学方程式是______。
II．无机盐X仅由三种短周期元素组成，其相对分子质量为238，原子个数比为1︰1︰4。
将23.8gX与水共热，生成一种有特殊臭味的气体单质A和某强酸的酸式盐溶液B，B的焰色反应呈黄色，在溶液B中加入足量的BaCl2溶液，产生46.6g白色沉淀。
请推测并回答：
（4）单质A有很强的氧化性，可用于净化空气，饮用水消毒等。
A中组成元素的简单离子结构示意图为___________________________。
（5）X的化学式_____________。
（6）实验室可通过低温电解B溶液制备X。
该电解反应的化学方程式___________________。
（7）X氧化能力强，对环境友好，可用于脱硝、脱硫。
在碱性条件下，X氧化NO的离子方程式_____________________。
（8）X溶液与铜反应时先慢后快。
某同学认为除反应放热这一因素外，还有一种可能是反应生成的Cu2+对后续反应起催化作用，为此他设计了如下实验方案：
取少量铜粉置于试管中，先加入少量CuSO4溶液，再加入X溶液，振荡，观察现象。
若加入硫酸铜溶液的反应快，说明Cu2＋起了催化作用，反之Cu2＋不起作用。
写出X与铜反应的化学方程式________，判断该同学设计的验证方法合理性并说明理由_________。
【答案】Mg、N、HMg3N2+6H2O==3Mg（OH）2↓+2NH3↑Mg+2NH3
Mg（NH2）2+H2↑
Na2S2O82NaHSO4
Na2S2O8+H2↑3S2O82-+2NO+8OH-=6SO42-+2NO3-+4H2ONa2S2O8+Cu=Na2SO4+CuSO4该同学的验证方法不合理，因为加入CuSO4溶液，反应速率快也可能是SO42-起催化作用
【解析】
【分析】
I.气体B（4.48L）能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，B为NH3，其物质的量为4.48L÷22.4L/mol=0.2mol，某物质M（仅含三种元素）是一种储氢材料，M隔绝空气高温分解生成固体A和氨气，镁带在足量气体B中燃烧可生成化合物M，证明M中含有N、H、Mg元素，A只含两种元素，A和水反应生成氨气和白色沉淀C，固体A和水反应生成氨气物质的量为0.1mol，白色沉淀C为氢氧化镁沉淀，则A为Mg3N2，物质的量为0.05mol，由元素守恒可知Mg元素物质的量0.15mol，M中含氮元素为0.2mol+0.1mol=0.3mol，所含氢元素物质的量为（8.4g-0.3mol×14g/mol-0.15mol×24g/mol）÷1g/mol=0.6mol，M中元素物质的量之比为n（Mg）：
n（N）：
n（H）=0.15：
0.3：
0.6=1：
2：
4，可知M化学式为Mg（NH2）2，以此来解答。
II．无机盐X仅由三种短周期元素组成，其相对分子质量为238，23.8gX的物质的量为0.1mol，X与水共热生成一种有特殊臭味的气体单质A和某强酸的酸式盐溶液B，B的焰色反应呈黄色，B中含有Na元素，则X含有Na元素，在溶液B中加入足量的BaCl2溶液，产生46.6g白色沉淀，白色沉淀为BaSO4，其物质的量为0.2mol，根据S原子守恒可知X中含有2个S原子，B为NaHSO4，X中三种元素原子个数比为1：
1：
4，该无机盐X可以表示为（NaSX4）2，则X元素相对原子质量为16，X为O元素，故A为O3，X为Na2S2O8．
【详解】
Ⅰ.
（1）由上述分析可知，M中含元素为Mg、N、H，
故答案为：
Mg、N、H；
（2）化合物A与水反应的化学方程式是Mg3N2 +6H2O═3Mg（OH）2↓+2NH3↑，
故答案为：
Mg3N2 +6H2O═3Mg（OH）2↓+2NH3↑；
（3）镁带在足量气体B中燃烧可生成化合物M和一种单质气体,气体为氢气,则该反应的化学方程式是Mg+2NH3═Mg（NH2）2+H2↑，
故答案为：
Mg+2NH3═Mg（NH2）2+H2↑。
II．（4）单质A为O3，组成元素的简单离子结构示意图为：
，故答案为：
；
（5）X的化学式为：
Na2S2O8，故答案为：
Na2S2O8；
（6）实验室可通过低温电解NaHSO4溶液制备Na2S2O8，电解方程式为：
2NaHSO4
Na2S2O8+H2↑；
（7）X氧化能力强，对环境友好，可用于脱硝、脱硫．在碱性条件下，Na2S2O8氧化NO的离子方程式为：
3S2O82-+2NO+8OH-=6SO42-+2NO3-+4H2O，
故答案为：
3S2O82-+2NO+8OH-=6SO42-+2NO3-+4H2O；
（8）Na2S2O8与铜反应的化学方程式：
Na2S2O8+Cu=Na2SO4+CuSO4，该同学的验证方法不合理，因为加入CuSO4溶液，反应速率快也可能是SO42-起催化作用，
故答案为：
Na2S2O8+Cu=Na2SO4+CuSO4；该同学的验证方法不合理，因为加入CuSO4溶液，反应速率快也可能是SO42-起催化作用。
9．海洋是一座巨大的化学资源宝库，从中可以提取许多常见的化学物质，结合所学知识回答下列问题，
（1）“吹出法”提溴空气吹出法是工业规模提溴的常用方法，其流程如下：
其中步骤②～④的目的是________________________________________________。
步骤③反应的离子方程式为_______________________________________________。
除SO2外，步骤③还可以选用Na2CO3溶液吸收溴，主要反应是Br2+Na2CO3+H2O→NaBr+NaBrO3+NaHCO3（未配平），吸收1molBr2时，转移电子的物质的量为__________________mol。
（2）实验室模拟从海带中提取碘，可能经历如下操作（或过程），请选择必要的操作（或过程），并按实验的先后顺序排列________________________________________________
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