Question

（14分）碳酸鎂晶須是一種新型的吸波隱形材料中的增強材料。
(1)合成該物質的步驟如下：
步驟1：配制0.5 mol·L^－1MgSO₄溶液和0.5 mol·L^－1NH₄HCO₃溶液。
步驟2：用量筒量取500 mL NH₄HCO₃溶液于1 000 mL三口燒瓶中，開啟攪拌器。溫度控制在50 ℃。
步驟3：將250 mL MgSO₄溶液逐滴加入NH₄HCO₃溶液中，1 min內滴加完后，用氨水調節溶液pH到9.5。
步驟4：放置1 h后，過濾、洗滌。
步驟5：在40 ℃的真空干燥箱中干燥10 h，得碳酸鎂晶須產品(MgCO₃·nH₂O　n＝1～5)。
回答下列問題：
步驟3中加氨水后的離子方程式                   。
(2)測定合成的MgCO₃·nH₂O中的n值。稱量1.000 g碳酸鎂晶須，放入如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NaOH溶液吸收，在室溫下反應4～5 h，反應后期將溫度升到30 ℃，最后的燒杯中的溶液用已知濃度的鹽酸滴定，測得CO₂的總量；重復上述操作2次。

①圖中氣球的作用是           。
②上述反應后期要升溫到30℃，主要目的是       。
③用已知濃度的鹽酸滴定燒杯中的溶液時應選用       為指示劑，若盛放鹽酸的滴定管在滴定前有氣泡未排盡，滴定后無氣泡（其他操作均正確），則所測CO₂的量會       （填“偏大”“偏小”“無影響”）
④設3次實驗測得每1.000 g碳酸鎂晶須與稀硫酸反應產生的CO₂平均值為a mol，則n值為       (用含a的表達式表示)。
(3)稱取100 g上述晶須產品進行熱重分析，熱重曲線如圖。則該條件下合成的晶須中，n＝    (選填1、2、3、4、5)。

Answer 1

(1) NH₃·H₂O＋Mg^2＋＋HCO===MgCO₃↓＋NH＋H₂O
(2)①暫時儲存CO₂，有利于CO₂被NaOH溶液吸收，且能保持裝置中壓強相對穩定
②使溶解在水中的CO₂逸出，便于吸收   ③甲基橙，偏大 ④(1－84a)/18a   (3)1

試題分析：（1）氨水是弱堿，與碳酸氫鎂反應的離子方程式為NH₃·H₂O＋Mg^2＋＋HCO===MgCO₃↓＋NH＋H₂O。
（2）①裝置中氣球可以暫時儲存CO₂，有利于CO₂被NaOH溶液吸收，且能保持裝置中壓強相對穩定。②反應后期將溫度升到30℃，使生成的二氧化碳全部逸出后被氫氧化鈉溶液吸收，減少測定產生的誤差。
③用鹽酸滴定時，反應后溶液顯酸性，因此應該選擇甲基橙作指示劑。若盛放鹽酸的滴定管在滴定前有氣泡未排盡，滴定后無氣泡（其他操作均正確），則導致消耗鹽酸溶液的體積增加，從而使所測CO₂的量會偏大。
④實驗測得每1.000g碳酸鎂晶須產生的CO₂平均值為a mol，依據元素守恒可知，碳酸鎂物質的量為amol，根據化學式可知，MgCO₃?nH₂O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＝a：；得到n＝(1－84a)/18a。
（3）MgCO₃?nH₂O中n＝1～5，分析圖象400°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×=100-82.3，n=1。