Question

【題目】碳酸鎂晶須(MgCO3·nH2O，n = 1～5的整數)是一種新型吸波隱形材料中的增強劑。

（查閱資料）(1) MgCO3·nH2O微溶于水；

(2) MgCO3·nH2O在230℃時開始失去結晶水， 400℃以上時開始分解生成三種氧化物。

I．合成碳酸鎂晶須

步驟：①配制一定溶度的MgSO4溶液和NH4HCO3溶液；②量取一定量的NH4HCO3溶液于容器中，攪拌并逐滴加入MgSO4溶液，控制溫度50℃，反應一段時間；③用氨水調節溶液pH至9.5，放置1h后，過濾、洗滌、干燥得碳酸鎂晶須產品。

(1)步驟①配制一定溶質質量分數的MgSO4溶液所需要的玻璃儀器有燒杯、膠頭滴管、玻璃棒、______________；

(2)步驟②反應的溫度控制在50℃，較好的加熱方法是__________；

(3)氨水、硫酸鎂、碳酸氫銨三者反應，除生成MgCO3·nH2O沉淀外，同時生成的產物還有______________；

(4)檢驗沉淀已洗滌干凈的方法是：取最后一次洗滌的濾液，滴入_________，若無沉淀說明已洗滌干凈。

(5)干燥得碳酸鎂晶須產品溫度不能過高，目的是______________。

II．測定產品MgCO3．nH2O中的n值

（方案一）將碳酸鎂晶須放入A裝置中加熱(儀器和裝置如下圖所示)，回答下列問題：

(6)上述裝置的連接順序為_____(按氣流方向，用接口字母表示)，其中B處的長玻璃導管的作用是__________，C裝置的作用是__________。

(7)加熱前先通入N2排盡裝置中的空氣，然后稱取C、D的初始質量。再次連接好裝置，邊加熱邊通入N2，此時通入N2的作用是_____________。

(8)若B裝置中無殘留物。裝置C反應前后質量差為m1，裝置D反應前后質量差m2 。根據以上實驗數據，確測定n值， n=___(用含m1、m2的代數式表示)。

(9)有同學提出上述連接好的裝置仍不夠完善。需要在D裝置的后面連接下圖裝置，目的是________________，否則測得n值會________(“偏大”、“偏小”、“無影響”) 。

（方案二）

稱量100g碳酸鎂晶須放入如下圖所示的廣口瓶中，加入水，滴入稀硫酸與晶須反應，生成的CO2被過量NaOH溶液吸收，在室溫下反應4～5h，反應后期將溫度升到30℃，最后，燒杯中的溶液加入已知濃度的鹽酸恰好完全反應，測得CO2的總量；重復上述操作2次。

(10)氫氧化鈉吸收二氧化碳的化學反應方程式____________________；

(11)圖中氣球的作用是__________________；

(12)上述反應后期要升溫到30℃，主要目的是______________；

(13)設3次實驗測得每100 g碳酸鎂晶須與稀硫酸反應產生的CO2平均值為ag，則n值為_______(用含a的代數式表示)；

(14)稱取100g上述晶須產品進行熱重分析，熱重曲線如圖2，則該條件下合成的晶須中，n=_______(寫出過程)。

Answer 1

【答案】量筒水浴加熱(NH4)2SO4 BaCl2溶液防止晶體失去結晶水a→e→d→b→c冷卻氣體吸收二氧化碳氣體生成的二氧化碳和水完全被C、D裝置吸收、防止倒吸22m2/9m1 防止空氣中的二氧化碳進入C裝置，影響實驗結果偏小2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O 緩沖作用使廣口瓶內水中溶解的CO2充分逸出，并被NaOH充分吸收(4400-84a)/18a 1

【解析】

（1）根據配制溶液步驟：計算、稱量、溶解、轉移等，需要的儀器有：托盤天平、藥匙、燒杯、量筒、玻璃棒、膠頭滴管等，其中玻璃儀器為：燒杯、量筒、玻璃棒、膠頭滴管；

（2）加熱溫度低于100℃需要水浴加熱控制溫度；

（3）氨水、硫酸鎂、碳酸氫銨三者反應，除生成MgCO3nH2O沉淀外，還生成硫酸銨；

（4）檢驗沉淀已洗滌干凈的方法是取最后一次洗滌的濾出液少許，滴入鹽酸酸化的BaCl2溶液，若無沉淀說明已洗滌干凈，若有沉淀則說明未洗滌干凈；

（5）由于碳酸鎂晶須高溫會失去結晶水，所以干燥得碳酸鎂晶須產品溫度不能過高；

（6）上述裝置的連接順序為：應該首先通過D裝置吸收水蒸氣，后通過C裝置吸收二氧化碳；將氣體通過洗氣瓶進行洗氣時，應該從長導管一側通入氣體，故其連接順序是a→e→d→b→c；裝置C的作用是吸收反應生成的二氧化碳氣體，裝置D的作用是吸收水蒸氣，裝置B是長玻璃管起到冷卻作用；

（7）因為加熱后的裝置中含有殘留的HCl和水蒸氣，為了避免引起實驗誤差，保證反應產生的氣體全部被裝置C、D吸收，所以要通入N2排出裝置內殘留的氣體，同時也是為了防止產生倒吸；

（8）若B裝置中無殘留物，通過裝置D吸收的質量為生成水的質量，裝置C吸收的是分解生成的二氧化碳的質量，可以計算， =1：n，n= ；

（9）防止空氣中的二氧化碳進入C裝置，使m1偏大，測得n值會偏小，所以需要在D裝置的后面連接裝有堿石灰的干燥管；

（10）氫氧化鈉與二氧化碳反應生成碳酸鈉和水，化學反應方程式為：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O；

（11）氣球的作用是緩沖裝置中的壓強作用；

（12）要使廣口瓶內水中溶解的CO2充分逸出，并被NaOH充分吸收，上述反應后期要升溫到30℃；

（13）實驗測得每100g碳酸鎂晶須產生的CO2平均值為a g，依據化學方程式可知，碳酸鎂物質的質量為g，根據化學式可知，MgCO3nH2O中碳酸鎂晶體中碳酸鎂和結晶水物質的量之比為1：n，得到1：n=： ，得到n= ；

（14）MgCO3nH2O　n=1～5，分析圖象430°C剩余質量為82.3g，為失去結晶水的質量，剩余質量為39.2g是碳酸鎂分解失去二氧化碳的質量，得到100g× =100g-82.3g，解得：n=1。