Question

10．碳酸鎂晶須（MgCO₃•nH₂O，n=1～5的整數）廣泛應用于冶金、耐火材料及化工產品等領域．為測定碳酸鎂晶須中n的值，學習小組設計了如圖1裝置并進行了3次實驗：（不考慮稀鹽酸揮發）
【查閱資料】：
a、碳酸鎂晶須受熱分解，生成3種氧化物；
b、相對分子質量：[Mr（MgCO₃）：84、Mr（H₂O）：18、Mr（MgO）：40、Mr（CO₂）：44]

【實驗步驟】
①檢查裝置的氣密性；
②準確稱取3.45g MgCO₃•nH₂O放在B裝置中，連接儀器；
③打開彈簧夾a，鼓入一段時間空氣，稱量C裝置的質量；
④關閉彈簧夾a，打開分液漏斗活塞，緩緩滴入稀鹽酸至不再產生氣體為止；
⑤打開彈簧夾a，緩緩鼓入空氣；
⑥準確稱量C裝置的質量（如表）；

編　　號	1	2	3
實驗前	228.00	228.00	228.00
實驗后	229.10	229.11	229.09

⑦重復上述步驟；
⑧根據數據進行計算．
【實驗分析及數據處理】
（1）完善實驗步驟：①檢查裝置的氣密性；⑤緩緩鼓入空氣；
（2）請計算碳酸鎂晶須中的n值．（要求有計算過程）
（3）A裝置中盛放的溶液是NaOH（濃）溶液；其作用是除去空氣中的CO₂防止干擾實驗
（4）D裝置的作用是防止空氣中的CO₂進入C裝置，造成誤差；
【實驗反思】
（5）下列選項中，會造成實驗結果偏大的是①⑤；偏小的是②③④；
①反應結束后，沒有通空氣；     ②稱量C裝置前，沒有通空氣；
③沒有A裝置；     ④沒有D裝置；
⑤稀鹽酸滴加速率太快；    ⑥C裝置中NaOH溶液濃度過大；
（7）為精確測定n的值，在老師指導下，小組同學稱取13.8g MgCO₃•nH₂O進行熱重分析，并繪制出如圖2所示的熱重曲線示意圖．則：
①t₁-t₂段發生的反應化學方程式為：MgCO₃•3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgCO₃•H₂O+2H₂O；
②t₂-t₃段發生的反應化學方程式為：MgCO₃•H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgCO₃+H₂O．
③t₃-t₄段發生的反應化學方程式為：MgCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+CO₂↑．

Answer 1

分析 （1）根據實驗目的分析實驗步驟
（2）根據二氧化碳與碳酸鎂晶體的質量關系分析
（3）根據實驗目的分析氫氧化鈉溶液的作用
（4）根據C裝置的作用分析D裝置的作用
（5）根據操作步驟引起的二氧化碳質量 的變化分析對n值的影響
（7）根據圖象分析晶體分解過程及產物．

解答 解：（1）有氣體生成的裝置必須先檢查裝置的氣密性．通過碳酸鎂晶體與鹽酸反應產生二氧化碳的質量確定n的值，實驗前應將裝置中的二氧化碳排凈，因此先將除去二氧化碳的空氣鼓入裝置，要除去空氣中二氧化碳，可將空氣通過氫氧化鈉溶液吸收，然后關閉彈簧夾a，打開分液漏斗活塞，緩緩滴入稀鹽酸至不再產生氣體為止，打開彈簧夾a，緩緩鼓入空氣，使產生的二氧化碳全部排到C裝置中，C裝置增重的質量即為生成的二氧化碳的質量．
（2）3次實驗C裝置平均增重$\frac{（1.1+1.11+1.09）g}{3}$=1.1g
MgCO₃•nH₂O～CO₂
84+18n       44
3.45g       1.1g                
$\frac{84+18n}{3.45g}$=$\frac{44}{1.1g}$
解得：n=3
（3）由上述分析可知A裝置內盛的是氫氧化鈉溶液，以吸收空氣中的二氧化碳，防止對生成二氧化碳質量的干擾，．
（4）D裝置堿石灰的作用是防止空氣中的CO₂進入C裝置，造成誤差
（5）①反應結束后，沒有通空氣，產生的二氧化碳沒有全部排到C裝置，使二氧化碳的質量偏小，引起結果偏大
②稱量C裝置前，沒有通空氣，使空氣中二氧化碳被C裝置吸收，使二氧化碳的質量偏大，引起結果偏�。�
③沒有A裝置，使空氣中二氧化碳被C裝置吸收，使二氧化碳的質量偏大，引起結果偏�。�
④沒有D裝置，使外界空氣中二氧化碳進入C裝置吸收，使二氧化碳的質量偏大，引起結果偏�。�
⑤稀鹽酸滴加速率太快，產生的二氧化碳沒有全部被C裝置吸收，使二氧化碳的質量偏小，引起結果偏大
⑥C裝置中NaOH溶液濃度過大，不會影響二氧化碳的質量，對結果沒有影響．
（7）①由第（2）問計算可知該晶體的化學式為MgCO₃•3H₂O，由圖象可知該晶體分解過程先分解生成水，當結晶水全部失去后碳酸鎂分解生成氧化鎂和水，設t₂℃時，剩余固體化學式為MgCO₃•xH₂O，則此時分解的化學方程式為
MgCO₃•3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgCO₃•xH₂O+（3-x）H₂O
138           13.8g         10.2g
$\frac{138}{13.8g}$=$\frac{84+x×18}{10.2g}$
x=1
故此時物質的化學式為MgCO₃•H₂O
②t2-t3段發生的反應MgCO₃•H₂O分解為MgCO₃和H₂O；
③根據分解過程可知最終分解過程是碳酸鎂完全分解生成氧化鎂和水，因此最終固體是氧化鎂，化學式為MgO
故答案為：【實驗分析及數據處理】
（1）完善實驗步驟：①檢查裝置的氣密性；⑤緩緩鼓入空氣；
（2）3
（3）NaOH （濃）溶液；其作用是 除去空氣中的CO₂ 防止干擾實驗    
（4）D裝置的作用是    防止空氣中的CO₂進入C裝置，造成誤差；
【實驗反思】
（5）會造成實驗結果偏大的是   ①⑤；偏小的是    ②③④；
（7）①t1-t2段發生的反應化學方程式為：MgCO₃•3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgCO₃•H₂O+2H₂O；
②t2-t3段發生的反應化學方程式為：MgCO₃•H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgCO₃+H₂O．
③t3-t4段發生的反應化學方程式為：MgCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+CO₂↑

點評 本題考查通過分析實驗數據測定物質組成，要注意保證產生的二氧化碳全部被吸收，同時要排除裝置內空氣中的二氧化碳進入C裝置．