Question

12．氯离子插层镁铝水滑石[Mg₂Al（OH）₆Cl•xH₂O]是一种新型离子交换材料，其在高温下完全分解为MgO、Al₂O₃、HCl和水蒸气，现用如图所示装置进行实验确定其化学式（固定装置略去）．

（1）Mg₂Al（OH）₆Cl•xH₂O热分解的化学方程式为2[Mg₂Al（OH）₆Cl•xH₂O]$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4MgO+Al₂O₃+2HCl↑+（5+2x）H₂O↑．
（2）若只通过测定装置C、D的增重来确定x，则装置的连接顺序为a→e→d→b（按气流方向，用接口字母表示），其中C的作用是吸收HCl气体．装置连接后，首先要进行的操作的名称是检查装置的气密性．
（3）加热前先通N₂排尽装置中的空气，称取C、D的初始质量后，再持续通入N₂的作用是将分解产生的气体全部带入装置C、D中完全吸收、防止产生倒吸等．
（4）完全分解后测得C增重3.65g、D增重9.90g，则x=3．若取消冷却玻管B后进行实验，测定的x值将偏低（填“偏高”或“偏低”）．
（5）上述水滑石在空气中放置时易发生反应生成[Mg₂Al（OH）₆Cl_1-2y（CO₃）_y•zH₂O]，该生成物能发生类似的热分解反应，现以此物质为样品，用（2）中连接的装置和试剂进行实验测定z，除测定D的增重外，至少还需测定装置C的质量及样品的质量（样品质量及样品分解后残余物质量或装置C增重及样品分解后残余物质量）．

Answer 1

分析 （1）根据题意：[Mg₂Al（OH）₆Cl•xH₂O]高温下完全分解为MgO、Al₂O₃、HCl和水蒸气，根据反应物和生成物书写方程式；
（2）应该首先通过D装置吸收水蒸气，后通过C装置吸收HCl；将气体通过洗气瓶进行洗气时，应该从长导管一侧通入气体；
（3）为了避免引起实验误差，保证反应产生的气体全部被装置C、D吸收，所以要通入N₂排出装置内残留的气体，同时也是为了防止产生倒吸；
（4）根据反应的方程式计算X的值，若没有冷却玻璃管，由于气温偏高，装置D不能将水蒸汽完全吸收而导致结果偏低；
（5）由于化学式中出现两个未知数，所以必须测量3个数据，列二元一次方程组进行求解，需测定D的增重、装置C的增重及样品质量．

解答 解：（1）根据题给信息：[Mg₂Al（OH）₆Cl•xH₂O]高温下完全分解为MgO、Al₂O₃、HCl和水蒸气，可写出其化学方程式：2[Mg₂Al（OH）₆Cl•xH₂O]$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4MgO+Al₂O₃+2HCl↑+（5+2x）H₂O↑；
（2）装置C的作用是吸收反应生成的HCl气体，装置D的作用是吸收水蒸气，应该首先通过D装置吸收水蒸气，后通过C装置吸收HCl；将气体通过洗气瓶进行洗气时，应该从长导管一侧通入气体，让气体与溶液充分接触反应，故其连接顺序是a→e→d→b；连接好装置后首先应该检查装置的气密性，防止装置漏气，影响测量结果；
（3）因为加热后的装置中含有残留的HCl和水蒸气，为了避免引起实验误差，保证反应产生的气体全部被装置C、D吸收，所以要通入N₂排出装置内残留的气体，同时也是为了防止产生倒吸；
将分解产生的气体全部带入装置C、D中完全吸收；防止产生倒吸；
（4）2[Mg₂Al（OH）₆Cl•xH₂O]$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4MgO+Al₂O₃+2HCl↑+（5+2x）H₂O↑
                                             73     18×（5+2x）
                                             3.65g    9.90g
解得x=3，
若没有冷却玻璃管，由于气温偏高，装置D不能将水蒸汽完全吸收而导致结果偏低，
（5）由于化学式中出现两个未知数，所以必须测量3个数据，列二元一次方程组进行求解，所以除测定D的增重外，还需要测量两个数据，即装置C的增重及样品质量（或样品质量及样品分解后残余物质量或装置C的增重及样品分解后残余物质量）．
故答案为：（1）2[Mg₂Al（OH）₆Cl•xH₂O]$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4MgO+Al₂O₃+2HCl↑+（5+2x）H₂O↑；
（2）a→e→d→b；吸收HCl气体；检查装置的气密性；
（3）将分解产生的气体全部带入装置C、D中完全吸收；防止产生倒吸；
（4）3；偏低；
（5）装置C的质量及样品的质量（样品质量及样品分解后残余物质量或装置C增重及样品分解后残余物质量）．

点评 本题考查化学方程式的书写，对实验装置和实验流程的理解和熟悉实验操作，同时通过计算，确定水分子数．综合性较强，题目难度较大．