Question

10．碳酸镁晶须是一种新型的吸波隐形材料中的增强材料．
（1）合成该物质的步骤如下：
步骤1：配制0.5mol•L^-1MgSO₄溶液和0.5mol•L^-1NH₄HCO₃溶液．
步骤2：用量筒量取500mL NH₄HCO₃溶液于1000mL三口烧瓶中，开启搅拌器．温度控制在50℃．
步骤3：将250mL MgSO₄溶液逐滴加入NH₄HCO₃溶液中，1min内滴加完后，用氨水调节溶液pH到9.5．
步骤4：放置1h后，过滤、洗涤．
步骤5：在40℃的真空干燥箱中干燥10h，得碳酸镁晶须产品（MgCO₃•nH₂O n=1～5）．
回答下列问题：
①步骤2控制温度在50℃，较好的加热方法水浴加热；
②步骤3生成MgCO₃•nH₂O沉淀的离子方程式Mg²⁺+HCO₃^-+NH₃•H₂O+（n-1）H₂O═MgCO₃•nH₂O+NH₄⁺；
③步骤4检验是否洗涤干净的方法是取最后一次洗涤的滤出液，滴入盐酸酸化的BaCl₂溶液，若无沉淀说明已洗涤干净；
（2）测定合成的MgCO₃•nH₂O中的n值．称量1.000 g碳酸镁晶须，放入如图所示的广口瓶中加入水滴入稀硫酸与晶须反应，生成的CO₂被NaOH溶液吸收，在室温下反应4～5 h，反应后期将温度升到30℃，最后的烧杯中的溶液用已知浓度的盐酸滴定，测得CO₂的总量；重复上述操作2次．

①图1中气球的作用是缓冲压强并封闭体系．
②上述反应后期要升温到30℃，主要目的是使广口瓶内水中溶解的CO₂充分逸出，并被NaOH充分吸收．
③用已知浓度的盐酸滴定烧杯中的溶液时应选用酚酞为指示剂，若盛放盐酸的滴定管在滴定前有气泡未排尽，滴定后无气泡（其他操作均正确），则所测CO₂的量会偏小（填“偏大”“偏小”“无影响”）
④设3次实验测得每1.000g碳酸镁晶须与稀硫酸反应产生的CO₂平均值为a mol，则n值为$\frac{（1-84a）}{18a}$（用含a的表达式表示）．
（3）称取100g上述晶须产品进行热重分析，热重曲线如图2．则该条件下合成的晶须中，n=1（选填1、2、3、4、5）．

Answer 1

分析 （1）①控制温度在50℃需要水浴加热；
②将250mL MgSO₄溶液逐滴加入NH₄HCO₃溶液中，用氨水调节溶液pH到9.5，反应生成碳酸镁结晶水合物；
③步骤4检验沉淀已经洗涤干净的方法是检验洗涤液中是否含有硫酸根离子来检验是否洗净；
（2）①装置中气球可以缓冲压强并封闭装置；
②反应后期将温度升到30℃，使生成的二氧化碳全部逸出后被氢氧化钠溶液吸收；
③用已知浓度的盐酸滴定烧杯中的溶液，主要是测定溶液没有反应的氢氧化钠，所以指示剂用酚酞，若盛放盐酸的滴定管在滴定前有气泡未排尽，滴定后无气泡，传导致读出的盐酸的体积偏大，据此分析；
④依据碳酸镁晶体中碳酸镁和结晶水物质的量之比为1：n，结合生成二氧化碳物质的量和水的物质的量计算得到；
（3）分析图象400°C剩余质量为82.3g，为失去结晶水的质量，剩余质量为39.2g是碳酸镁分解失去二氧化碳的质量．

解答 解：（1）①加热温度低于100°C需要水域加热控制温度，
故答案为：水浴加热；
②将250mL MgSO₄溶液逐滴加入NH₄HCO₃溶液中，用氨水调节溶液pH到9.5，反应生成碳酸镁结晶水合物，反应的化学方程式为Mg²⁺+HCO₃^-+NH₃•H₂O+（n-1）H₂O═MgCO₃•nH₂O+NH₄⁺，
故答案为：Mg²⁺+HCO₃^-+NH₃•H₂O+（n-1）H₂O═MgCO₃•nH₂O+NH₄⁺；
③步骤4检验沉淀已经洗涤干净的方法是取最后一次洗涤的滤出液，滴入盐酸酸化的BaCl₂溶液，若无沉淀说明已洗涤干净，
故答案为：取最后一次洗涤的滤出液，滴入盐酸酸化的BaCl₂溶液，若无沉淀说明已洗涤干净；
（2）①装置中气球可以缓冲压强并封闭装置，
故答案为：缓冲压强并封闭体系；
②反应后期将温度升到30℃，使生成的二氧化碳全部逸出后被氢氧化钠溶液吸收，减少测定产生的误差，
故答案为：使广口瓶内水中溶解的CO₂充分逸出，并被NaOH充分吸收；
③用已知浓度的盐酸滴定烧杯中的溶液，主要是测定溶液没有反应的氢氧化钠，所以指示剂用酚酞，若盛放盐酸的滴定管在滴定前有气泡未排尽，滴定后无气泡，传导致读出的盐酸的体积偏大，所以测出的氢氧化钠的物质的量会偏大，从而会使测CO₂的量会偏小，
故答案为：酚酞；偏小；
④实验测得每1.000g碳酸镁晶须产生的CO₂平均值为a mol，依据元素守恒可知，碳酸镁物质的量为amol，根据化学式可知，MgCO₃•nH₂O中碳酸镁晶体中碳酸镁和结晶水物质的量之比为1：n，得到1：n=a：$\frac{1.000g-84ag}{18g/mol}$；得到n=$\frac{（1-84a）}{18a}$，
故答案为：$\frac{（1-84a）}{18a}$；
（3）MgCO₃•nH₂O　n=1～5，分析图象400°C剩余质量为82.3g，为失去结晶水的质量，剩余质量为39.2g是碳酸镁分解失去二氧化碳的质量，得到100g×$\frac{18n}{18n+84}$=100-82.3，
n=1，
故答案为：1．

点评 本题考查了物质制备实验方案的设计和分析判断，主要是图象分析的应用，装置中的反应现象和反应原理的综合应用，题目难度中等．