Question

15．碱式碳酸盐A可用作胃药，其组成可表示为Al₂Mg₆（OH）_x（CO₃）_y•zH₂O．某校化学兴趣小组欲测定其化学式，实验设计如下：
实验Ⅰ：称取一定质量的A，加热分解至恒重．
实验Ⅱ：称取一定质量的A，与足量的酸反应，测量生成CO₂气体的质量．
可供选择的仪器和药品如图所示（酸溶液限选6mol•L^-1盐酸或6mol•L^-1硫酸，其他试剂任选）．
回答下列问题：
（1）仪器乙的名称为圆底烧瓶．
（2）请选择必要的装置完成实验Ⅱ，正确的连接顺序a→e→f→g→h（或h，g）→i（按气流方向，用接口字母表示）；选用的酸溶液是6mol/L的硫酸．
（3）有人提出不采用实验Ⅰ，可在实验Ⅱ结束后，在A完全反应后所得溶液中滴加足量的氨水，用无灰滤纸过滤，用蒸馏水洗涤反应容器2～3次，将洗涤液过滤，洗涤沉淀2～3次，将附着沉淀的滤纸放到坩埚中加热分解至恒重．判断沉淀已洗涤干净的方法是取少量最后一次沉淀洗涤液于试管中，滴加氯化钡溶液后无浑浊，说明沉淀已洗涤干净．
实际上未采用该方案的原因是不符合实验设计的D
A．科学性　　　　　　B．安全性        C．可行性           D．简约性
（4）x与y的关系式是x+2y=18（用等式表示）．
（5）通过实验Ⅰ的相关数据，经计算可得A的摩尔质量为602.0g•mol^-1．实验Ⅱ中称得样品A的质量为9.030g，与足量酸完全反应后，CO₂吸收装置增重0.660g，则A的化学式为Al₂Mg₆（OH）₁₆CO₃•4H₂O．

Answer 1

分析 （1）根据仪器的结构特点可知，仪器乙的名称为圆底烧瓶；
（2）要准确测量反应中生成的CO₂，则需要除去装置中残留的空气，因此反应前需要利用空气排尽装置的中的空气；由于空气中含有CO₂因此空气要首先通过氢氧化钠溶液除去空气中的CO₂；又因为反应中生成的CO₂含有水蒸气，所以还需要先通过浓硫酸除去水蒸气，最后再通过碱石灰吸收CO₂．同时为了防止后面空气中的CO₂也被吸收，还需要再连接有个盛有碱石灰的干燥管或U形管，据此分析连接顺序；根据盐酸具有易挥发产生杂质气体来选择；
（3）由于滤液中含有SO₄^2-，因此可以通过检验SO₄^2-来检验沉淀是否洗涤干净，即取少量最后一次沉淀洗涤液于试管中，滴加氯化钡溶液后无浑浊，说明沉淀已洗涤干净；根据A的组成阳离子可知，生成的沉淀是氢氧化镁和氢氧化铝，但由于沉淀的生成、过滤、洗涤、干燥、称量过程过于复杂进行判断；
（4）根据化学式Al₂Mg₆（OH）x（CO₃）y•zH₂O并依据化合价代数和为0列式判断；
（5）CO₂吸收装置增重0.660g，则CO₂的物质的量=$\frac{0.660}{44}$=0.015mol，9.030g样品的物质的量=$\frac{9.030}{602}$=0.015mol，所以根据原子守恒可知y=1，则x=18-2y=16，最后再根据相对分子质量计算z的数值．

解答 解：（1）根据仪器的结构特点可知，仪器乙的名称为圆底烧瓶，
故答案为：圆底烧瓶；
（2）要准确测量反应中生成的CO₂，则需要除去装置中残留的空气，因此反应前需要利用空气排尽装置的中的空气；由于空气中含有CO₂因此空气要首先通过氢氧化钠溶液除去空气中的CO₂；又因为反应中生成的CO₂含有水蒸气，所以还需要先通过浓硫酸除去水蒸气，最后再通过碱石灰吸收CO₂．同时为了防止后面空气中的CO₂也被吸收，还需要再连接有个盛有碱石灰的干燥管或U形管，因此正确的连接顺序是a→e→f→g→h（或h，g）→i；由于盐酸易挥发，所以应该选择6mol/L的硫酸，
故答案为：a→e→f→g→h（或h，g）→i；6mol/L的硫酸；
（3）由于滤液中含有SO₄^2-，因此可以通过检验SO₄^2-来检验沉淀是否洗涤干净，即取少量最后一次沉淀洗涤液于试管中，滴加氯化钡溶液后无浑浊，说明沉淀已洗涤干净；根据A的组成阳离子可知，生成的沉淀是氢氧化镁和氢氧化铝，但由于沉淀的生成、过滤、洗涤、干燥、称量过程过于复杂，因此实际上未采用该方案的原因是不符合实验设计的简约性，
故答案为：取少量最后一次沉淀洗涤液于试管中，滴加氯化钡溶液后无浑浊，说明沉淀已洗涤干净；D；
（4）根据化学式Al₂Mg₆（OH）x（CO₃）y•zH₂O并依据化合价代数和为0可知，x+2y=3×2+2×6=18，
故答案为：x+2y=18；
（5）CO₂吸收装置增重0.660g，则CO₂的物质的量=$\frac{0.660}{44}$=0.015mol
9.030g样品的物质的量=$\frac{9.030}{602}$=0.015mol
所以根据原子守恒可知y=1
则x=18-2y=16
所以z=$\frac{602-27×2-34×6-17×16-60}{18}$=4，
因此该物质的化学式为Al₂Mg₆（OH）₁₆CO₃•4H₂O，
故答案为：Al₂Mg₆（OH）₁₆CO₃•4H₂O．

点评 本题考查了探究确定碱式碳酸盐的化学式的方法，该题是高考中的常见题型，属于中等难度的试题，试题综合性强，侧重对学生能力的培养和训练，有利于培养学生规范严谨的实验设计、操作能力．