Question

15．堿式碳酸鹽A可用作胃藥，其組成可表示為Al₂Mg₆（OH）_x（CO₃）_y•zH₂O．某校化學興趣小組欲測定其化學式，實驗設計如下：
實驗Ⅰ：稱取一定質量的A，加熱分解至恒重．
實驗Ⅱ：稱取一定質量的A，與足量的酸反應，測量生成CO₂氣體的質量．
可供選擇的儀器和藥品如圖所示（酸溶液限選6mol•L^-1鹽酸或6mol•L^-1硫酸，其他試劑任選）．
回答下列問題：
（1）儀器乙的名稱為圓底燒瓶．
（2）請選擇必要的裝置完成實驗Ⅱ，正確的連接順序a→e→f→g→h（或h，g）→i（按氣流方向，用接口字母表示）；選用的酸溶液是6mol/L的硫酸．
（3）有人提出不采用實驗Ⅰ，可在實驗Ⅱ結束后，在A完全反應后所得溶液中滴加足量的氨水，用無灰濾紙過濾，用蒸餾水洗滌反應容器2～3次，將洗滌液過濾，洗滌沉淀2～3次，將附著沉淀的濾紙放到坩堝中加熱分解至恒重．判斷沉淀已洗滌干凈的方法是取少量最后一次沉淀洗滌液于試管中，滴加氯化鋇溶液后無渾濁，說明沉淀已洗滌干凈．
實際上未采用該方案的原因是不符合實驗設計的D
A．科學性　　　　　　B．安全性        C．可行性           D．簡約性
（4）x與y的關系式是x+2y=18（用等式表示）．
（5）通過實驗Ⅰ的相關數據，經計算可得A的摩爾質量為602.0g•mol^-1．實驗Ⅱ中稱得樣品A的質量為9.030g，與足量酸完全反應后，CO₂吸收裝置增重0.660g，則A的化學式為Al₂Mg₆（OH）₁₆CO₃•4H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據儀器的結構特點可知，儀器乙的名稱為圓底燒瓶；
（2）要準確測量反應中生成的CO₂，則需要除去裝置中殘留的空氣，因此反應前需要利用空氣排盡裝置的中的空氣；由于空氣中含有CO₂因此空氣要首先通過氫氧化鈉溶液除去空氣中的CO₂；又因為反應中生成的CO₂含有水蒸氣，所以還需要先通過濃硫酸除去水蒸氣，最后再通過堿石灰吸收CO₂．同時為了防止后面空氣中的CO₂也被吸收，還需要再連接有個盛有堿石灰的干燥管或U形管，據此分析連接順序；根據鹽酸具有易揮發產生雜質氣體來選擇；
（3）由于濾液中含有SO₄^2-，因此可以通過檢驗SO₄^2-來檢驗沉淀是否洗滌干凈，即取少量最后一次沉淀洗滌液于試管中，滴加氯化鋇溶液后無渾濁，說明沉淀已洗滌干凈；根據A的組成陽離子可知，生成的沉淀是氫氧化鎂和氫氧化鋁，但由于沉淀的生成、過濾、洗滌、干燥、稱量過程過于復雜進行判斷；
（4）根據化學式Al₂Mg₆（OH）x（CO₃）y•zH₂O并依據化合價代數和為0列式判斷；
（5）CO₂吸收裝置增重0.660g，則CO₂的物質的量=$\frac{0.660}{44}$=0.015mol，9.030g樣品的物質的量=$\frac{9.030}{602}$=0.015mol，所以根據原子守恒可知y=1，則x=18-2y=16，最后再根據相對分子質量計算z的數值．

解答 解：（1）根據儀器的結構特點可知，儀器乙的名稱為圓底燒瓶，
故答案為：圓底燒瓶；
（2）要準確測量反應中生成的CO₂，則需要除去裝置中殘留的空氣，因此反應前需要利用空氣排盡裝置的中的空氣；由于空氣中含有CO₂因此空氣要首先通過氫氧化鈉溶液除去空氣中的CO₂；又因為反應中生成的CO₂含有水蒸氣，所以還需要先通過濃硫酸除去水蒸氣，最后再通過堿石灰吸收CO₂．同時為了防止后面空氣中的CO₂也被吸收，還需要再連接有個盛有堿石灰的干燥管或U形管，因此正確的連接順序是a→e→f→g→h（或h，g）→i；由于鹽酸易揮發，所以應該選擇6mol/L的硫酸，
故答案為：a→e→f→g→h（或h，g）→i；6mol/L的硫酸；
（3）由于濾液中含有SO₄^2-，因此可以通過檢驗SO₄^2-來檢驗沉淀是否洗滌干凈，即取少量最后一次沉淀洗滌液于試管中，滴加氯化鋇溶液后無渾濁，說明沉淀已洗滌干凈；根據A的組成陽離子可知，生成的沉淀是氫氧化鎂和氫氧化鋁，但由于沉淀的生成、過濾、洗滌、干燥、稱量過程過于復雜，因此實際上未采用該方案的原因是不符合實驗設計的簡約性，
故答案為：取少量最后一次沉淀洗滌液于試管中，滴加氯化鋇溶液后無渾濁，說明沉淀已洗滌干凈；D；
（4）根據化學式Al₂Mg₆（OH）x（CO₃）y•zH₂O并依據化合價代數和為0可知，x+2y=3×2+2×6=18，
故答案為：x+2y=18；
（5）CO₂吸收裝置增重0.660g，則CO₂的物質的量=$\frac{0.660}{44}$=0.015mol
9.030g樣品的物質的量=$\frac{9.030}{602}$=0.015mol
所以根據原子守恒可知y=1
則x=18-2y=16
所以z=$\frac{602-27×2-34×6-17×16-60}{18}$=4，
因此該物質的化學式為Al₂Mg₆（OH）₁₆CO₃•4H₂O，
故答案為：Al₂Mg₆（OH）₁₆CO₃•4H₂O．

點評 本題考查了探究確定堿式碳酸鹽的化學式的方法，該題是高考中的常見題型，屬于中等難度的試題，試題綜合性強，側重對學生能力的培養和訓練，有利于培養學生規范嚴謹的實驗設計、操作能力．