Question

10．碳酸镁晶须（MgCO₃•nH₂O，n=1～5的整数）广泛应用于冶金、耐火材料及化工产品等领域．为测定碳酸镁晶须中n的值，学习小组设计了如图1装置并进行了3次实验：（不考虑稀盐酸挥发）
【查阅资料】：
a、碳酸镁晶须受热分解，生成3种氧化物；
b、相对分子质量：[Mr（MgCO₃）：84、Mr（H₂O）：18、Mr（MgO）：40、Mr（CO₂）：44]

【实验步骤】
①检查装置的气密性；
②准确称取3.45g MgCO₃•nH₂O放在B装置中，连接仪器；
③打开弹簧夹a，鼓入一段时间空气，称量C装置的质量；
④关闭弹簧夹a，打开分液漏斗活塞，缓缓滴入稀盐酸至不再产生气体为止；
⑤打开弹簧夹a，缓缓鼓入空气；
⑥准确称量C装置的质量（如表）；

编　　号	1	2	3
实验前	228.00	228.00	228.00
实验后	229.10	229.11	229.09

⑦重复上述步骤；
⑧根据数据进行计算．
【实验分析及数据处理】
（1）完善实验步骤：①检查装置的气密性；⑤缓缓鼓入空气；
（2）请计算碳酸镁晶须中的n值．（要求有计算过程）
（3）A装置中盛放的溶液是NaOH（浓）溶液；其作用是除去空气中的CO₂防止干扰实验
（4）D装置的作用是防止空气中的CO₂进入C装置，造成误差；
【实验反思】
（5）下列选项中，会造成实验结果偏大的是①⑤；偏小的是②③④；
①反应结束后，没有通空气；     ②称量C装置前，没有通空气；
③没有A装置；     ④没有D装置；
⑤稀盐酸滴加速率太快；    ⑥C装置中NaOH溶液浓度过大；
（7）为精确测定n的值，在老师指导下，小组同学称取13.8g MgCO₃•nH₂O进行热重分析，并绘制出如图2所示的热重曲线示意图．则：
①t₁-t₂段发生的反应化学方程式为：MgCO₃•3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgCO₃•H₂O+2H₂O；
②t₂-t₃段发生的反应化学方程式为：MgCO₃•H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgCO₃+H₂O．
③t₃-t₄段发生的反应化学方程式为：MgCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+CO₂↑．

Answer 1

分析 （1）根据实验目的分析实验步骤
（2）根据二氧化碳与碳酸镁晶体的质量关系分析
（3）根据实验目的分析氢氧化钠溶液的作用
（4）根据C装置的作用分析D装置的作用
（5）根据操作步骤引起的二氧化碳质量 的变化分析对n值的影响
（7）根据图象分析晶体分解过程及产物．

解答 解：（1）有气体生成的装置必须先检查装置的气密性．通过碳酸镁晶体与盐酸反应产生二氧化碳的质量确定n的值，实验前应将装置中的二氧化碳排净，因此先将除去二氧化碳的空气鼓入装置，要除去空气中二氧化碳，可将空气通过氢氧化钠溶液吸收，然后关闭弹簧夹a，打开分液漏斗活塞，缓缓滴入稀盐酸至不再产生气体为止，打开弹簧夹a，缓缓鼓入空气，使产生的二氧化碳全部排到C装置中，C装置增重的质量即为生成的二氧化碳的质量．
（2）3次实验C装置平均增重$\frac{（1.1+1.11+1.09）g}{3}$=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装置内盛的是氢氧化钠溶液，以吸收空气中的二氧化碳，防止对生成二氧化碳质量的干扰，．
（4）D装置碱石灰的作用是防止空气中的CO₂进入C装置，造成误差
（5）①反应结束后，没有通空气，产生的二氧化碳没有全部排到C装置，使二氧化碳的质量偏小，引起结果偏大
②称量C装置前，没有通空气，使空气中二氧化碳被C装置吸收，使二氧化碳的质量偏大，引起结果偏小．
③没有A装置，使空气中二氧化碳被C装置吸收，使二氧化碳的质量偏大，引起结果偏小．
④没有D装置，使外界空气中二氧化碳进入C装置吸收，使二氧化碳的质量偏大，引起结果偏小．
⑤稀盐酸滴加速率太快，产生的二氧化碳没有全部被C装置吸收，使二氧化碳的质量偏小，引起结果偏大
⑥C装置中NaOH溶液浓度过大，不会影响二氧化碳的质量，对结果没有影响．
（7）①由第（2）问计算可知该晶体的化学式为MgCO₃•3H₂O，由图象可知该晶体分解过程先分解生成水，当结晶水全部失去后碳酸镁分解生成氧化镁和水，设t₂℃时，剩余固体化学式为MgCO₃•xH₂O，则此时分解的化学方程式为
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
故此时物质的化学式为MgCO₃•H₂O
②t2-t3段发生的反应MgCO₃•H₂O分解为MgCO₃和H₂O；
③根据分解过程可知最终分解过程是碳酸镁完全分解生成氧化镁和水，因此最终固体是氧化镁，化学式为MgO
故答案为：【实验分析及数据处理】
（1）完善实验步骤：①检查装置的气密性；⑤缓缓鼓入空气；
（2）3
（3）NaOH （浓）溶液；其作用是 除去空气中的CO₂ 防止干扰实验    
（4）D装置的作用是    防止空气中的CO₂进入C装置，造成误差；
【实验反思】
（5）会造成实验结果偏大的是   ①⑤；偏小的是    ②③④；
（7）①t1-t2段发生的反应化学方程式为：MgCO₃•3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgCO₃•H₂O+2H₂O；
②t2-t3段发生的反应化学方程式为：MgCO₃•H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgCO₃+H₂O．
③t3-t4段发生的反应化学方程式为：MgCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+CO₂↑

点评 本题考查通过分析实验数据测定物质组成，要注意保证产生的二氧化碳全部被吸收，同时要排除装置内空气中的二氧化碳进入C装置．