Question

8．菱镁矿的主要成分是MgCO₃，为了分析某菱镁矿中镁元素的含量，某学习小组进行了实验研究．取10g菱镁矿，逐渐加入未知浓度的H₂SO₄溶液，生成的气体全部用NaOH溶液吸收，NaOH溶液增加的质量记录如表：

加入H2SO4溶液的质量/g	50	100	150	200
NaOH溶液增加的质量/g	2.2	4.4	4.4	4.4

说明：菱镁矿中的杂质不溶于水，不与酸发生反应．
（1）10g菱镁矿与H₂SO₄溶液完全反应，生成CO₂的质量为4.4g．
（2）计算该菱镁矿中镁元素的质量分数．（写出计算过程）
（3）该实验研究中所用H₂SO₄溶液的溶质的质量分数是9.8%．
（4）为避免溶液排放对环境的影响，某同学对上述反应后溶液进行了过滤，并在滤液中加入了l.71%的Ba（OH）₂溶液．请你画出加入Ba（OH）₂溶液的质量与产生沉淀的质量的关系图．（在答题卡的坐标中作图，并标出曲线折点的坐标）

Answer 1

分析 （1）根据表中信息可知生成CO₂的质量；
（2）结合化学方程式根据二氧化碳的质量计算出碳酸镁的质量，进而即可计算出镁元素的质量分数；
（3）结合化学方程式和表中信息根据二氧化碳的质量即可解答；
（4）依据化学反应中元素守恒，有硫酸中硫酸根离子的质量，可计算出生沉淀的质量，和消耗氢氧化钡的质量；找到曲线折点即可画图．

解答 解：（1）表中信息可知10g菱镁矿与H₂SO₄溶液完全反应，生成CO₂的质量为4.4g；
（2）设菱镁矿中MgCO₃的质量为x，所用H₂SO₄溶液的溶质的质量分数是y，生成MgSO₄的质量为z；
MgCO₃+H₂SO₄=MgSO₄+H₂O+CO₂↑
84     98    120      44
x     100g•y  z       4.4g
$\frac{84}{x}$=$\frac{98}{1000g．y}$=$\frac{120}{z}$=$\frac{44}{4.4g}$
x=8.4g，y=9.8%，z=12g  
菱镁矿中镁元素的质量分数：$\frac{\frac{24}{84}×100%×8.4g}{10g}$×100%=24%；
（3）$\frac{98}{1000g×y}$=$\frac{44}{4.4g}$
 y=9.8%
（4）①加入的氢氧化钡可先与过量的稀硫酸反应．由于过量的稀硫酸中硫酸的质量为（200g-100g）×9.8%=9.8g．设和H₂SO₄反应生成的硫酸钡为m，消耗的Ba（OH）₂为n，
H₂SO₄+Ba（OH）₂=BaSO₄↓+H₂O
98     171      233
9.8g    n        m
 $\frac{98}{9.8g}$=$\frac{171}{n}$=$\frac{233}{m}$
m=23.3g   n=17.1g
则该阶段消耗的氢氧化钡溶液的质量=$\frac{17.1g}{1.71%}$=1000g，
所以图象中的第一个折点的坐标为A（1000，23.3）．
②再加入的氢氧化钡与硫酸镁反应．设和MgSO₄+反应生成的硫酸钡的质量为a，生成的Mg（OH）₂质量为b，
MgSO₄+Ba（OH）₂=BaSO₄↓+Mg（OH）₂↓
120     171     233       58
12g      a       b         c
a=17.1g，b=23.3g，c=5.8g
则这一阶段消耗的氢氧化钡溶液的质量=$\frac{17.1g}{1.71%}$=1000g，
因此图象中的第二个折点所用的氢氧化钡溶液的质量为1000g+1000g=2000g．同时沉淀的质量为23.3g+23.3g+5.8g=52.4 g．所以图象中的第二个折点的坐标为B（2000，52.4）．
③再加入氢氧化钡时，不再产生沉淀．
作图见下图曲线：

故答案为：（1）4.4g；
（2）菱镁矿中镁元素的质量分数是24%；
（3）所用H₂SO₄溶液的溶质的质量分数是9.8%；
（4）作图见右图曲线

点评 本题是一道综合性很强的根据化学方程式计算，只要找准已知量和相应未知量是解答此类题目的关键所在，关于作图要找准起始点和折点即可．