Question

碳酸鎂晶須（MgCO₃?nH₂O，n=1～5的整數）廣泛應用于冶金、耐火材料及化工產品等領域．為測定碳酸鎂晶須中n的值，學習小組設計了如下裝置并進行了3次實驗：（不考慮稀鹽酸揮發）

[查閱資料]：
a、碳酸鎂晶體受熱分解，生成3種氧化物；
b、相對分子質量：[Mr（MgCO₃）：84、Mr（H₂O）：18、Mr（MgO）：40、Mr（CO₂）：44]
[實驗步驟]
①

檢查氣密性

；
②準確稱取3.45g MgCO₃?nH₂O放在B裝置中，連接儀器；
③打開彈簧夾a，鼓入一段時間空氣，稱量C裝置的質量；
④關閉彈簧夾a，打開分液漏斗活塞，緩緩滴入稀鹽酸至不再產生氣體為止；
⑤打開彈簧夾a，

緩緩鼓入空氣

；
⑥準確稱量C裝置的質量（如表）；

編  號	1	2	3
實驗前	228.00	228.00	228.00
實驗后	229.10	229.11	229.09

⑦重復上述步驟；
⑧根據數據進行計算．
[實驗分析及數據處理]
（1）完善實驗步驟：①

檢查氣密性

；⑤

緩緩鼓入空氣

；
（2）請計算碳酸鎂晶須中的n值．（要求有計算過程，3分）
（3）A裝置中盛放的溶液是

NaOH（濃）溶液

；
（4）D裝置的作用是

防止空氣中的CO₂進入C裝置，造成誤差

；
[實驗反思]
（5）實驗結果與理論值有偏差，原因可能是

B裝置生成的CO₂帶出的水蒸氣一同進入C裝置

；
（6）下列選項中，會造成實驗結果偏大的是

①⑤

；偏小的是

②③④

；
①反應結束后，沒有通空氣；            ②稱量C裝置前，沒有通空氣；
③沒有A裝置；                        ④沒有D裝置；
⑤稀鹽酸滴加速率太快；                ⑥C裝置中NaOH溶液濃度過大；
（7）為精確測定n的值，在老師指導下，小組同學稱取13.8g MgCO₃?nH₂O進行熱重分析，并繪制出如圖所示的熱重曲線示意圖．則：

①t₂℃時，剩余固體為

MgCO₃?H₂O

（填化學式）；
②最終剩余的4.0g物質是

MgO

（填化學式）；
③MgCO₃?nH₂O完全分解的化學方程式為：

MgCO₃?3H₂O

△   .

MgO+CO₂↑+3H₂O

．

Answer 1

分析：（1）根據實驗目的分析實驗步驟
（2）根據二氧化碳與碳酸鎂晶體的質量關系分析
（3）根據實驗目的分析氫氧化鈉溶液的作用
（4）根據C裝置的作用分析D裝置的作用
（5）根據實驗步驟分析出現實驗誤差的原因
（6）根據操作步驟引起的二氧化碳質量 的變化分析對n值的影響
（7）根據圖象分析晶體分解過程及產物

解答：解：（1）有氣體生成的裝置必須先檢查裝置的氣密性．通過碳酸鎂晶體與鹽酸反應產生二氧化碳的質量確定n的值，實驗前應將裝置中的二氧化碳排凈，因此先將除去二氧化碳的空氣鼓入裝置，要除去空氣中二氧化碳，可將空氣通過氫氧化鈉溶液吸收，然后關閉彈簧夾a，打開分液漏斗活塞，緩緩滴入稀鹽酸至不再產生氣體為止，打開彈簧夾a，緩緩鼓入空氣，使產生的二氧化碳全部排到C裝置中，C裝置增重的質量即為生成的二氧化碳的質量．
（2）3次實驗C裝置平均增重（1.1+1.11+1.09）g/3=1.1g
MgCO₃?nH₂O～CO₂
84+18n       44
3.45g       1.1g                

84+18n

3.45g

=

44

1.1g

解得：n=3
（3）由上述分析可知A裝置內盛的是氫氧化鈉溶液，以吸收空氣中的二氧化碳，防止對生成二氧化碳質量的干擾，．
（4）D裝置堿石灰的作用是防止空氣中的CO₂進入C裝置，造成誤差
（5）實驗結果與理論值有偏差，原因可能是B裝置生成的CO₂帶出的水蒸氣一同進入C裝置
（6）①反應結束后，沒有通空氣，產生的二氧化碳沒有全部排到C裝置，使二氧化碳的質量偏小，引起結果偏大
②稱量C裝置前，沒有通空氣，使空氣中二氧化碳被C裝置吸收，使二氧化碳的質量偏大，引起結果偏小．
③沒有A裝置，使空氣中二氧化碳被C裝置吸收，使二氧化碳的質量偏大，引起結果偏小．
④沒有D裝置，使外界空氣中二氧化碳進入C裝置吸收，使二氧化碳的質量偏大，引起結果偏小．
⑤稀鹽酸滴加速率太快，產生的二氧化碳沒有全部被C裝置吸收，使二氧化碳的質量偏小，引起結果偏大
⑥C裝置中NaOH溶液濃度過大，不會影響二氧化碳的質量，對結果沒有影響．
（7）①由第（2）問計算可知該晶體的化學式為MgCO₃?3H₂O，由圖象可知該晶體分解過程先分解生成水，當結晶水全部失去后碳酸鎂分解生成氧化鎂和水，設t₂℃時，剩余固體化學式為MgCO₃?xH₂O，則此時分解的化學方程式為
MgCO₃?3H₂O

△   .

MgCO₃?xH₂O+（3-x）H₂O
138           84+x×18
13.8g         10.2g

138

13.8g

=

84+18x

10.2g

x=1
故此時物質的化學式為MgCO₃?H₂O
②根據分解過程可知最終分解過程是碳酸鎂完全分解生成氧化鎂和水，因此最終固體是氧化鎂，化學式為MgO
③MgCO₃?nH₂O完全分解的化學方程式為MgCO₃?3H₂O

△   .

 MgO+CO₂↑+3H₂O
故答案為：（1）①檢查氣密性    ⑤緩緩鼓入空氣
（2）3次實驗C裝置平均增重（1.1+1.11+1.09）g/3=1.1g
MgCO₃?nH₂O～CO₂
84+18n       44
3.45g       1.1g                

84+18n

3.45g

=

44

1.1g

解得：n=3
（3）NaOH（濃）溶液
（4）防止空氣中的CO₂進入C裝置，造成誤差
（5）B裝置生成的CO₂帶出的水蒸氣一同進入C裝置
（6）①⑤②③④
（7）①MgCO₃?H₂O    ②MgO    ③MgCO₃?3H₂O

△   .

 MgO+CO₂↑+3H₂O

點評：本題考查通過分析實驗數據測定物質組成，要注意保證產生的二氧化碳全部被吸收，同時要排除裝置內空氣中的二氧化碳進入C裝置．