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，学习小组设计了如下装置并进行实验：（不考虑稀盐酸挥发）

【查阅资料】：碳酸镁晶须受热分解，生成3种氧化物；
【实验步骤】①组装仪器，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，鼓入一段时间空气，称量B、C、D、E、F装置的质量；④关闭弹簧夹，打开分液漏斗活塞，缓缓滴入稀盐酸至无气泡产生为止；⑤打开弹簧夹，鼓入一段时间空气；

	B	C	D	E	F
反应前	122.0g	250.0g	300.0g	350.0g	330.0g
反应后	120.6g	250.2g	301.0g	350.1g	332.0g

⑥准确称量B、C、D、E、F装置的质量（如下表）；
⑦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鼓入一段时间空气；
（2）请计算碳酸镁晶须中的n值．（要求有计算过程，3分）
（3）A装置中盛放的溶液是NaOH（浓）溶液；
【实验反思】
（4）下列选项中，会造成实验结果偏大的是①⑤；偏小的是②③⑥；
①反应结束后，没有通空气；②滴入稀盐酸前，没有通空气；③没有A装置； ④D装置中NaOH溶液浓度过大；⑤稀盐酸滴加速率太快；    ⑥没有C装置；
（5）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，并绘制出如图所示的热重曲线示意图．则：
①t₁℃至t₂℃时，剩余固体质量不变的原因为没有达到该晶分解需要的温度；
②t₁℃至t₂℃时MgCO₃•nH₂O分解的化学方程式为：MgCO₃•3H₂O═MgCO₃•H₂O+2H₂O；
③完全反应后，剩余固体的质量m为4g．

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进行分析；
（3）根据实验目的分析氢氧化钠溶液的作用；
（4）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；
（5）根据图象分析晶体分解过程、以及书写化学方程式．

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：$\frac{1.1g+1.11g+1.09g}{3}$=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）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滴入稀盐酸前，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；
④D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；
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；
⑥没有C装置，水蒸气会进入D装置中，使二氧化碳的质量偏大，引起结果偏小；
（5）①通过分析可知，t₁℃至t₂℃时，剩余固体质量不变的原因为：没有达到该晶分解需要的温度；
②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           84+x×18
13.8g         10.2g
$\frac{138}{13.8g}$=$\frac{84+18x}{10.2g}$
x=1
所以t₁℃至t₂℃时MgCO₃•nH₂O分解的化学方程式为：MgCO₃•3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgCO₃•H₂O+2H₂O；
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，所以
MgCO₃•3H₂O----MgO
138           40
13.8g          4g
所以完全反应后，剩余固体的质量m为4g．
故答案为：（1）①检查装置的气密性，⑤鼓入一段时间空气；
（2）n=3；
（3）NaOH（浓）溶液；
（4）①⑤，②③⑥；
（5）①没有达到该晶分解需要的温度；
②MgCO₃•3H₂O═MgCO₃•H₂O+2H₂O；
③4g．

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．