Question

13．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的裝置并進行實驗（不考慮稀鹽酸揮發）

【查閱資料】：碳酸鎂晶須受熱分解，生成3種氧化物；
【實驗步驟】①組裝儀器，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，鼓入一段時間空氣，稱量B、C、D、E、F裝置的質量；④關閉彈簧夾，打開分液漏斗活塞，緩緩滴入稀鹽酸至無氣泡產生為止；⑤打開彈簧夾，鼓入一段時間空氣；
⑥準確稱量B、C、D、E、F裝置的質量（如表）；

	B	C	D	E	F
反應前	122.0g	250.0g	300.0g	350.0g	330.0g
反應后	120.6g	250.2g	301.0g	350.1g	332.0g

⑦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查裝置的氣密性；⑤鼓入一段時間空氣；
（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；
【實驗反思】
（4）下列選項中，會造成實驗結果偏大的是①⑤；偏小的是②③⑥；
①反應結束后，沒有通空氣；②滴入稀鹽酸前，沒有通空氣；③沒有A裝置；              ④D裝置中NaOH溶液濃度過大；⑤稀鹽酸滴加速率太快；    ⑥沒有C裝置；
（5）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：
①0℃至t₁℃時，剩余固體質量不變的原因為沒有達到該晶分解需要的溫度；
②t₁℃至t₂℃時MgCO₃•nH₂O分解的化學方程式為：MgCO₃•3H₂O═MgCO₃•H₂O+2H₂O；
③完全反應后，剩余固體的質量m為4g．

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進行分析；
（3）根據實驗目的分析氫氧化鈉溶液的作用；
（4）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；
（5）根據圖象分析晶體分解過程、以及書寫化學方程式．

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：$\frac{1.1g+1.11g+1.09g}{3}$=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）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滴入稀鹽酸前，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，引起結果偏小；
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�。�
④D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；
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；
⑥沒有C裝置，水蒸氣會進入D裝置中，使二氧化碳的質量偏大，引起結果偏��；
（5）①通過分析可知，t₁℃至t₂℃時，剩余固體質量不變的原因為：沒有達到該晶分解需要的溫度；
②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                      84+x×18
13.8g                     10.2g
$\frac{138}{13.8g}=\frac{84+x×18}{10.2g}$
x=1
所以t₁℃至t₂℃時MgCO₃•nH₂O分解的化學方程式為：MgCO₃•3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgCO₃•H₂O+2H₂O；
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，所以
MgCO₃•3H₂O----MgO
138                     40
13.8g                   4g
所以完全反應后，剩余固體的質量m為4g．
故答案為：（1）①檢查裝置的氣密性，⑤鼓入一段時間空氣；
（2）n=3；
（3）NaOH（濃）溶液；
（4）①⑤，②③⑥；
（5）①沒有達到該晶分解需要的溫度；
②MgCO₃•3H₂O═MgCO₃•H₂O+2H₂O；
③4g．

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．