Question

金屬鎂是一種活潑的常見金屬，有著廣泛的用途．如圖是金屬鎂和鹵素反應的能量變化圖（反應物和產物均為298K時的穩定狀態）．
（1）下列選項中正確的是

 

（填序號）．
①MgI₂中Mg²⁺與I^-間的作用力小于MgF₂中Mg²⁺與F^-間的作用力
②MgBr₂與Cl₂反應是放熱反應
③化合物的熱穩定性順序為：MgI₂＞MgBr₂＞MgCl₂＞MgF₂
（2）請寫出在一定條件下液溴與氟化鎂固體反應的熱化學方程式：

 

．
已知，金屬鎂在點燃的條件下能與二氧化碳反應：2Mg+CO₂→2MgO+C 現將a克鎂放在盛有b L（標準狀態下）二氧化碳和氧氣的混合氣體的密閉容器中充分燃燒，
（3）若容器中剩余二氧化碳，則殘留固體物質

 

．
A．一定只有MgO      B．一定有MgO，可能有C
C．一定有MgO和C    D．一定有C，可能有MgO
（4）若反應容器中有氧氣剩余，則容器內剩余固體的質量為

 

，出現此種狀況，容器中原來b L混合氣體中氧氣的體積應滿足（用含a的代數式）

 

．
（5）若容器中無氣體剩余，殘留固體中含有鎂，則殘留固體m的取值范圍

 

；若容器中無氣體剩余，殘留固體中沒有鎂剩余，則殘留固體m的取值范圍

 

．

Answer 1

分析：（1）①離子晶體中離子鍵越大，離子晶體越穩定；
②如果反應物能量之和大于生成物能量之和，則是放熱反應；
③化合物的熱穩定性與物質的能量大小有關，能量越小越穩定；
（2）根據蓋斯定律書寫；
（3）鎂在燃燒時先和氧氣反應生成氧化鎂，當氧氣完全反應后，鎂再和二氧化碳反應生成氧化鎂；
（4）若氧氣有剩余，則鎂只和氧氣反應生成氧化鎂，根據原子守恒計算；
采用極限的方法計算；
（5）若容器中無氣體剩余，殘留固體中含有鎂，假設氣體全部為氧氣或二氧化碳，然后采用極限的方法解答；若容器中無氣體剩余，殘留固體中沒有鎂剩余，說明二者完全反應．

解答：解：（1）①相同類型的離子晶體中，離子鍵越大，則離子間作用力越強，物質含有的能量越低，所以MgI₂中Mg²⁺與I^-間的作用力小于MgF₂中Mg²⁺與F^-間的作用力，故正確；
②根據圖象知，反應物的能量大于生成物能量，所以Mg與F₂的反應是放熱反應，故正確；
③能量越小的物質越穩定，所以化合物的熱穩定性順序為MgI₂＜MgBr₂＜MgCl₂＜MgF₂，故錯誤；
故選①②；
（2）鎂和氟氣反應的熱化學反應方程式為：Mg（s）+F₂（g）=MgF₂（s）△H=-1124kJ/mol①
Mg（s）+Br₂（l）=MgBr₂（s）△H=-524kJ/mol②
將方程式②-①得MgF₂（s）+Br₂（l）=MgBr₂（s）△H=（-524kJ/mol）-（-1124kJ/mol）=600kJ/mol，
故答案為：MgF₂（s）+Br₂（l）=MgBr₂（s）△H=600kJ/mol；
（3）鎂先和氧氣反應生成氧化鎂，當氧氣完全反應后，鎂再和二氧化碳反應生成氧化鎂，若容器中剩余二氧化碳，二氧化碳可能參加反應也可能不參加反應，所以殘留固體物質一定含有氧化鎂，可能含有碳，
故選B；
（4）鎂的物質的量=

ag

24g/mol

=

a

24

mol，若氧氣有剩余，則鎂只和氧氣反應生成氧化鎂，根據原子守恒得n（Mg）=n（MgO），所以氧化鎂的質量=

a

24

mol×40g/mol=

5a

3

g；
氧氣有剩余，氧氣的最小體積為大于和鎂完全反應的體積，而小于氣體總體積，2Mg+O₂=2MgO，根據鎂和氧氣的關系式得當鎂和氧氣恰好反應時需要氣體氧氣物質的量=

a

24

×

1

2

=

a

48

mol，則需要氧氣體積=

a

48

mol×22.4L/mol=

7a

15

L，所以氧氣的體積為b＞V（O₂）＞

7a

15

，
故答案為：

5a

3

g；b＞V（O₂）＞

7a

15

；
（5）若容器中無氣體剩余，殘留固體中含有鎂，說明鎂不足量，假設氣體全部是氧氣，氧氣完全反應時固體質量增加的質量=

b

22.4

mol×32g/mol=

32b

22.4

g，則固體質量為（a+

32b

22.4

）g；
假設氣體全部是二氧化碳，根據2Mg+CO₂→2MgO+C知，固體增加的質量為二氧化碳的質量，所以固體增加的質量=

b

22.4

mol×44g/mol=

44b

22.4

g，所以固體質量為（a+

44b

22.4

）g，
則容器內固體質量為（a+

32b

22.4

）＜m＜（a+

44b

22.4

）；
假設鎂和氧氣恰好反應，固體的質量為氧化鎂的質量=

5a

3

g，
假設鎂和二氧化碳恰好反應，固體的質量為鎂和二氧化碳的質量=a+

ag 24g/mol

2

×1×44g/mol=

23a

12

g，
實際上固體質量介于二者之間，為

5a

3

g＜m＜

23a

12

g，
故答案為：（a+

32b

22.4

）＜m＜（a+

44b

22.4

）；

5a

3

＜m＜

23a

12

．

點評：本題以鎂為載體考查了物質的量的有關計算，根據鎂和氧氣、二氧化碳之間的反應結合極限法來分析解答，明確鎂和氧氣、二氧化碳混合氣體反應的先后順序是解本題關鍵，題目難度中等．