题目内容

13．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的装置并进行实验（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，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；
⑥准确称量B、C、D、E、F装置的质量（如表）；
BCDEF
反应前122.0g250.0g300.0g350.0g330.0g
反应后120.6g250.2g301.0g350.1g332.0g
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）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2所示的热重曲线示意图．则：
①0℃至t1℃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．

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
$\frac{138}{13.8g}=\frac{84+x×18}{10.2g}$
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．

练习册系列答案
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16．如图所示为甲、乙两种固体的溶解度曲线，下列说法错误的是（　　）
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17．下列关于空气的说法中错误的是（　　）
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1．下表是元素周期表的一部分：回答下列问题

（1）12号元素的元素名称为镁；  F元素的原子核中中子数是10．
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8．研究性学习小组选择“H2O2 生成O2 的快慢与什么因素有关”的课题进行探究，以下是他们探究的主要过程：
【假设】H2O2 生成O2的快慢与催化剂种类有关
【实验方案】常温下，各取同质量、同浓度的H2O2 溶液，分别加入相同质量的MnO2 和水泥块，测量各生成一瓶（相同体积）O2所需的时间．
【进行实验】如图是他们进行实验的装置图，此实验中B处收集氧气的方法是排水法．
【实验记录】
实验编号12
反应物5%H2O25%H2O2
催化剂1g水泥块1gMnO2
时间165秒46秒
【结论】比较数据你得出的结论是相同条件下H2O2生成O2的快慢与催化剂的种类有关．
【反思】H2O2在常温下分解缓慢，加入MnO2或水泥块后反应明显加快，若要证明MnO2和水泥块是该反应的催化剂，还需要增加实验来验证MnO2和水泥块在化学反应前后的质量和化学性质是否发生改变．
分解H2O2 生成O2 的快慢与哪些因素有关？请你帮助他们继续探究．（只要求提出一种影响H2O2 生成O2 的快慢的因素以及相关假设和实验方案）
【假设】过氧化氢溶液的质量分数可能影响化学反应的速率．
【实验方案】同温下取2份质量相等，质量分数不同的H2O2溶液，分别加入质量相等的同种催化剂，测量收集一试管气体所需的时间．
18．关于催化剂有关问题的探究
（1）小丽同学欲通过实验证明“二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂”这一命题．她设计并完成了如表所示的探究实验：
1实验操作实验现象实验结论或总结
结论总结
实验一取5mL5%的过氧化氢溶液于试管中，伸入带火星的木条有气泡产生，木条不复燃过氧化氢分解产生氧气，但是慢．二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂
实验二向盛水的试管中加入二氧化锰，伸入带火星的木条没有明显现象二氧化锰加入水中不产生氧气
实验三向盛有5mL5%过氧化氢溶液的试管中加入二氧化锰，伸入带火星的木条有大量气泡产生，带火星的木条迅速复燃二氧化锰能加快过氧化氢的分解
①请你帮小丽同学填写上表中未填完的空格．
②在小丽的探究实验中，“实验一”和“实验二”起的作用是对比（或对照等）．
③小英同学认为仅由上述实验还不能完全得出表内的“总结”，她补充设计了两个方面的探究实验，最终完成了对“命题”的实验证明．
第一方面的实验操作中包含了两次称量，其目的是：比较MnO2在过氧化氢分解前后的质量．
第二方面的实验是利用“实验 三”反应后试管内的剩余物继续实验．接下来的实验操作、现象和结论是：倾倒掉反应后的液体，向剩余的固体中重新加入过氧化氢溶液，有大量气泡产生，说明MnO2仍然能加快过氧化氢的分解速率（化学性质没变）．
（2）小红继续对过氧化氢分解生成水和氧气的实验条件进行探究．下表是她进行实验时采集的一组数据：
用10mL双氧水制取150mL氧气所需的时间（秒）
序号双氧水的浓度30%15%10%5%
1无催化剂、不加热几乎不反应几乎不反应几乎不反应几乎不反应
2无催化剂、加热360480540720
3二氧化锰催化剂、加热102560120
请你分析回答：
①小红在设计方案时，考虑了反应物的浓度、温度、催化剂等因素对过氧化氢分解速率的影响．
②通过该实验可得出的结论：
ⅰ．反应物的浓度越大，过氧化氢分解速率越快；
ⅱ．通过对比第2组和第3组实验数据可知，二氧化锰催化剂可加快分解速率．
ⅲ．温度越高，过氧化氢分解得越快．
5．已知2Al+Fe2O3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+Al2O3　被称为“铝热反应”．镁和氧化铜也能发生类似的反应，其化学方程式是Mg+CuO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Cu+MgO．
某小组同学在实验室中进行镁和氧化铜反应的实验，充分反应后对于固体剩余物进行了实验探究．
【提出问题】固体剩余物是什么？
【猜想假设】假设①铜和氧化镁；假设②铜、氧化镁和氧化铜；假设③铜、氧化镁和镁．
【查阅资料一】大多数金属氧化物都能与盐酸反应生成金属氯化物和水（反应中元素化合价不发生改变）．【实验探究】请完成下列实验．
实验操作实验现象实验结论
取少量固体剩余物于试管中，
向其中加入足量的稀盐酸．		固体部分溶解，溶液为无色．假设①成立．
固体部分溶解，溶液为蓝色．假设②成立．
固体部分溶解，有气泡产生，溶液为无色．假设③成立．
【思考】是否任何一种金属单质都能与另一种金属氧化物反应？
【查阅资料二】该小组同学通过查阅资料，获得以下几组反应信息．
实验组别IIIIIIIVV
药　　品AlFeAgAlCu
CuOCuOCuOFe2O3Fe2O3
相同条件下是否反应是是否是否
【总结】根据上表对比分析得出：金属单质与金属氧化物能发生反应，需满足的条件是金属单质的活动性比金属氧化物中所含金属的活动性强．
2．请用数字和化学符号表示：
（1）3个氮原子3N；           
（2）2个碳酸分子2H2CO3；
（3）氧化镁中镁元素的化合价为+2价$\stackrel{+2}{Mg}$O；
（4）铵根离子NH4+；
（5）硫酸铁Fe2（SO4）3；
（6）2个氢氧根离子2OH-．
3．下列物质的变化中与其他变化有本质区别的是（　　）
A．蜡烛燃烧B．酒精挥发C．食物变质D．钢铁生锈

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