Question

镁及其化合物在工业上有广泛的应用。

完成下列计算：

(1)称取某镁铝合金10g，放入100mL3mol/L的NaOH溶液中，完全反应收集到6.72L的H₂（标准状况）。该合金中镁的质量分数为___。

(2)将镁条在空气中燃烧后的产物溶解在50mL1.6mol/L的盐酸中恰好完全反应，再加入过量NaOH把NH₃全部蒸发出来，经测定NH₃为0.102g，则镁条在空气中燃烧的产物及质量为___。

(3)Mg(HCO₃)₂溶液加热分解，得到产品轻质碳酸镁。18.2g轻质碳酸镁样品经高温完全分解后得8.0g氧化镁固体，放出3.36L二氧化碳（标准状况），求轻质碳酸镁的化学式___。

(4)氯离子插层的镁铝水滑石（Mg-Al-ClLDHs）是一种新型的阴离子交换材料。其结构示意图如图所示（每一层可视作平面无限延伸结构）。该离子交换原理是将插层离子与其它阴离子进行等电荷交换。取镁铝水滑石10.66g与0.02molNa₂CO₃发生完全交换，产物在高温下完全分解，得到金属氧化物和气体。将金属氧化物加入稀硝酸完全溶解后，再加入NaOH溶液直至过量，最终得到4.64g白色沉淀。求Mg-Al-ClLDHs的化学式___。

Answer

46% MgO 1.12g；Mg3N2 0.3g 3MgCO3∙Mg(OH)2∙3H2O Mg2Al(OH)6Cl∙3H2O

【解析】

(1)发生反应：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，根据方程式计算Al的质量，进而计算Mg的质量，再计算合金中Mg的质量分数；

(2)Mg条在空气中燃烧生成MgO与Mg3N2，根据氮原子守恒计算n(Mg3N2)，进而计算m(Mg3N2)，与盐酸反应生成氯化镁与氯化铵，根据氯离子守恒计算n(MgCl2)，再根据Mg原子守恒计算n(MgO)，进而计算m(MgO)；

(3)18.2g轻质碳酸镁样品经高温完全分解后得8.0g 氧化镁固体，放出3.36L二氧化碳（标准状况），二氧化碳的质量为×44g/mol=6.6g，而8g+6.6g=14.6g＜18.2g，故有水生成，则生成水的质量为18.2g-14.6g=3.6g，根据碳原子守恒计算n(CO32﹣)，根据Mg原子守恒计算n(Mg2+)，根据电荷守恒判断计算n(OH﹣)，再根据H元素守恒判断计算n(H2O)，进而确定其化学式；

(4)氯离子插层的镁铝水滑石中氯离子与碳酸根离子交换，根据电荷守恒可以计算n(Cl﹣)；完全交换产物在高温下完全分解，得到金属氧化物和气体，应是氧化镁、氧化铝与二氧化碳，将金属氧化物加入稀硝酸完全溶解后，再加入NaOH溶液直至过量，最终得到4.64g白色沉淀为Mg(OH)2，据此计算n(Mg2+)，由结构示意图可知，Mg2+与Al3+的个数比为2:1，据此计算n(Al3+)，再根据电荷守恒计算n(OH﹣)，根据质量守恒判断计算n(H2O)，进而确定Mg﹣Al﹣Cl LDHs的化学式。

(1)氢气的物质的量为=0.3mol，发生反应：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，可知Al的物质的量为0.2mol，Al的质量为0.2mol×27g/mol=5.4g，Mg的质量为10g-5.4g=4.6g，故合金中Mg的质量分数为=46%。答案为：46%；

(2)Mg条在空气中燃烧生成MgO与Mg3N2，根据氮原子守恒n(Mg3N2)=n(NH3)=×=0.003mol，故m(Mg3N2)=0.003mol×100g/mol=0.3g，燃烧产物与盐酸反应生成氯化镁与氯化铵，根据氯离子守恒2n(MgCl2)+n(NH4Cl)=n(HCl)，即2n(MgCl2)+=0.05L×1.6mol/L，则n(MgCl2)=0.037mol，根据Mg原子守恒n(MgO)+3n(Mg3N2)= n(MgCl2)，故n(MgO)=0.037mol-0.003mol×3=0.028mol，故m(MgO)=0.028mol×40g/mol=1.12g。答案为：MgO 1.12g；Mg3N2 0.3g；

(3)18.2g轻质碳酸镁样品经高温完全分解后得8.0g 氧化镁固体，放出3.36L二氧化碳（标准状况），二氧化碳的质量为×44g/mol=6.6g，而8g+6.6g=14.6g＜18.2g，故有水生成，则生成水的质量为18.2g-14.6g=3.6g，放出CO2的物质的量为=0.15 mol，则n(CO32﹣)=0.15 mol，由题意n(Mg2+)=n(MgO)==0.2 mol，

由题意根据电荷守恒，得n(OH﹣)=2n(Mg2+)-2n(CO32﹣)=0.1mol，

则n(H2O)=(18.2g-0.1mol×24g/mol-0.15mol×60g/mol-0.1mol×17g/mol)÷18g/mol=0.15 mol，

故n(MgCO3):n[Mg(OH)2]:n(H2O)=0.15mol: (0.2mol-0.15mol):0.15mol=3:1:3，

可得出晶体的化学式为3MgCO3∙Mg(OH)2∙3H2O。答案为：3MgCO3∙Mg(OH)2∙3H2O；

(4)氯离子插层的镁铝水滑石中氯离子与碳酸根离子交换，根据电荷守恒n(Cl﹣)=2n(CO32﹣)=0.02mol×2=0.04mol，完全交换产物在高温下完全分解，得到金属氧化物和气体，应是氧化镁、氧化铝与二氧化碳，将金属氧化物加入稀硝酸完全溶解后，再加入NaOH溶液直至过量，最终得到4.64g白色沉淀为Mg(OH)2，则n(Mg2+)=n[Mg(OH)2]==0.08mol，由结构示意图可知，Mg2+与Al3+的个数比为2:1，n(Al3+)= n(Mg2+)=0.04mol，根据电荷守恒n(OH﹣)=0.04mol×3+0.08mol×2-0.04mol×1=0.24mol，

根据质量守恒则n(H2O)=(10.66g-0.04mol×27g/mol-0.08mol×24g/mol-0.04mol×35.5g/mol-0.24mol×17g/mol)÷18g/mol=0.12mol，故n(Al3+):n(Mg2+):n(OH﹣):n(Cl﹣):n(H2O)=0.04:0.08:0.24:0.04:0.12=1:2:6:1:3，故镁铝水滑石的化学式为Mg2Al(OH)6Cl∙3H2O，答案为：Mg2Al(OH)6Cl∙3H2O。