Question

9．碳酸鎂水合物是制備鎂產品的中間體．
【制取MgCO₃•3H₂O】工業上從弱堿性鹵水（主要成分為MgCl₂）中獲取MgCO₃•3H₂O的方法如圖1：

（1）沉淀過程的化學方程式為：
MgCl₂+CO₂+2NaOH+2H₂O═MgCO₃•3H₂O↓+2NaCl．
（2）沉淀過程的pH隨時間的變化如圖2所示，沉淀過程的操作為c（填字母）．
a．向鹵水中滴加NaOH溶液，同時通入CO₂
b．向NaOH溶液中滴加鹵水，同時通入CO₂
c．向鹵水中通入CO₂至飽和，然后滴加NaOH溶液，同時繼續通入CO₂
d．向NaOH溶液中通入CO₂至飽和，然后滴加鹵水，同時繼續通入CO₂
（3）沉淀過程的溶液中鎂離子含量隨時間的變化如圖3所示，不同溫度下所得到沉淀產物如表26-1所示．
表26-1　不同反應溫度下的水合碳酸鎂

溫度（℃）	產物
46.95	MgCO3•3H2O
47.95	MgCO3•3H2O
48.95	MgCO3•3H2O
49.95	Mg5（OH）2（CO3）4•4H2O

則沉淀過程選擇的溫度為48.95℃，理由是此溫度下，Mg²⁺沉淀的速率較快，沉淀效率較高，且不會生成其它沉淀．
【測定MgCO₃•3H₂O的純度】
利用如圖所示裝置（圖中夾持儀器略去）進行實驗，以確定MgCO₃•3H₂O的純度．

依據實驗過程回答下列問題：
（1）實驗過程中需持續緩緩通入空氣，其作用除了可攪拌B、C中的反應物外，還有把生成的CO₂全部排入C中，使之完全被Ca（OH）₂溶液吸收．
（2）C中反應生成CaCO₃的化學方程式為Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O；D中堿石灰的作用為防止空氣中的CO₂進入C裝置干擾實驗．
（3）下列各項措施中，不能提高測定準確度的是bc（填標號）．
a．在加入硫酸之前，應排凈裝置內的CO₂氣體
b．為了縮短實驗時間，快速滴加硫酸
c．在A～B之間增添盛有濃硫酸的洗氣裝置
d．在C裝置左側導管末端增添多孔球泡
（4）實驗中準確稱取15.0g樣品三份，進行三次測定，測得中生成CaCO₃沉淀的平均質量為10.0g．請計算樣品中MgCO₃•3H₂O的純度（寫出計算過程）．92.0%
（5）小明認為應將澄清石灰水換成Ba（OH）₂溶液，其理由除了Ba（OH）₂溶解度大，濃度大，使CO₂被吸收的更完全外，還有BaCO₃的相對分子質量比CaCO₃大，等質量的MgCO₃•3H₂O生成的BaCO₃質量大于CaCO₃質量，實驗時相對誤差小．
（6）若獲取MgCO₃•3H₂O的樣品中含有少量Mg₅（OH）₂（CO₃）₄•4H₂O，則產品中鎂元素的質量分數偏大（填“偏大”“不變”或“偏小”，下同），樣品中MgCO₃•3H₂O的純度偏大．

Answer 1

分析 【制取MgCO₃•3H₂O】
化學反應前后，元素種類不變，原子種類和總個數都不變；
根據溶液pH的變化情況可以判斷操作過程；
根據表中和圖中提供的數據、信息可以判斷相關方面的問題；
【測定MgCO₃•3H₂O的純度】
不同的實驗裝置，功能不同；
二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，是因為二氧化碳和氫氧化鈣反應生成了白色沉淀碳酸鈣和水；
根據反應的化學方程式及其提供的數據可以進行相關方面的計算和判斷；
碳酸鋇的相對分子質量是197，碳酸鈣的相對分子質量是100；
若獲取MgCO₃•3H₂O的樣品中含有少量Mg₅（OH）₂（CO₃）₄•4H₂O，根據物質中組成元素的含量可以判斷計算結果．

解答 解：【制取MgCO₃•3H₂O】
（1）由反應的化學方程式可知，反應前后鎂原子都是1個，碳原子都是1個，氧原子都是6個，氫原子都是6個，反應前氯原子和鈉原子都是2個，都包含在未知物質中，因此未知物質是氯化鈉．
故填：NaCl．
（2）沉淀過程的pH隨時間的變化如圖2所示，弱堿性鹵水的pH大于7，開始時pH逐漸減小，說明加入了二氧化碳，一會兒后pH升高，說明加入了氫氧化鈉溶液，同時繼續通入二氧化碳，使反應繼續進行．
故選：c．
（3）由表中數據可知，沉淀過程選擇的溫度為48.95℃，這是因為此溫度下，Mg²⁺沉淀的速率較快，沉淀效率較高，且不會生成其它沉淀．
故填：48.95℃；此溫度下，Mg²⁺沉淀的速率較快，沉淀效率較高，且不會生成其它沉淀．
【測定MgCO₃•3H₂O的純度】
（1）實驗過程中需持續緩緩通入空氣，其作用除了可攪拌B、C中的反應物外，還有把生成的CO₂全部排入C中，使之完全被Ca（OH）₂溶液吸收．
故填：把生成的CO₂全部排入C中，使之完全被Ca（OH）₂溶液吸收．
（2）C中氫氧化鈣和二氧化碳反應生成碳酸鈣和水，反應的化學方程式為：Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O；
D中堿石灰的作用為防止空氣中的CO₂進入C裝置干擾實驗．
故填：Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O；防止空氣中的CO₂進入C裝置干擾實驗．
（3）a．在加入硫酸之前，應排凈裝置內的CO₂氣體，這樣能夠防止空氣中的二氧化碳和氫氧化鈣反應生成碳酸鈣，影響實驗結果，該選項能提高測定準確度；
b．快速滴加硫酸，可能會導致產生的二氧化碳氣體不能被氫氧化鈣溶液全部吸收，從而導致實驗結果不準確，該選項不能提高測定準確度；
c．在A～B之間增添盛有濃硫酸的洗氣裝置時能夠吸收水蒸氣，但是通過B裝置后又會帶進水蒸氣，該選項不能提高測定準確度；
d．在C裝置左側導管末端增添多孔球泡，能夠增大二氧化碳和氫氧化鈣的接觸面積，利于二氧化碳氣體的全部吸收，該選項能提高測定準確度．
故選：bc．
（4）解：設MgCO₃•3H₂O的質量為x，
MgCO₃•3H₂O～CO₂～CaCO₃，
138                             100
x                               10.0g
$\frac{138}{x}$=$\frac{100}{10.0g}$，
x=13.8g
MgCO₃•3H₂O的純度為：$\frac{13.8g}{15.0g}$×100%=92.0%，
故填：92.0%．
（5）將澄清石灰水換成Ba（OH）₂溶液，其理由除了Ba（OH）₂溶解度大，濃度大，使CO₂被吸收的更完全外，還有BaCO₃的相對分子質量比CaCO₃大，等質量的MgCO₃•3H₂O生成的BaCO₃質量大于CaCO₃質量，實驗時相對誤差小．
故填：BaCO₃的相對分子質量比CaCO₃大，等質量的MgCO₃•3H₂O生成的BaCO₃質量大于CaCO₃質量，實驗時相對誤差小．
（6）MgCO₃•3H₂O中鎂元素、碳元素質量分數分別為：$\frac{24}{138}$×100%=17.4%，$\frac{12}{138}$×100%=8.7%，
Mg₅（OH）₂（CO₃）₄•4H₂O中鎂元素、碳元素質量分數分別為：$\frac{120}{466}$×100%=25.8%，$\frac{48}{466}$×100%=10.3%，
由計算可知，MgCO₃•3H₂O中的鎂元素、碳元素質量分數都小于Mg₅（OH）₂（CO₃）₄•4H₂O中的鎂元素、碳元素質量分數，因此若獲取MgCO₃•3H₂O的樣品中含有少量Mg₅（OH）₂（CO₃）₄•4H₂O，則產品中鎂元素的質量分數偏大，樣品中MgCO₃•3H₂O的純度偏大．
故填：偏大；偏大．

點評 合理設計實驗，科學地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結論的前提，因此要學會設計實驗、進行實驗、分析實驗，為學好化學知識奠定基礎．