Question

某研究性學習小組為確定某堿式碳酸鎂樣品的組成，設計出了下圖所示的實驗裝置（圖中A至D的部分）．[已知堿式碳酸鎂Mg_x（OH）_y（CO₃）_z（x、y、z為正整數）加熱能分解生成氧化鎂、水和二氧化碳]

（1）按上圖（夾持儀器未畫出）組裝好實驗裝置后，應首先進行的操作是______；A處干燥管盛放的藥品是______，其作用是______．
（2）指導老師在審閱設計方案后指出需要在E處進行改進，請你幫助該小組設計出改進方案：______．
（3）加熱前需要進行的必要操作是______，其目的是______；對活塞的操作方法是：打開活塞______，關閉活塞______．
（4）關閉活塞K₁、K₂，打開K₃，加熱一段時間后，同學們發現C處洗氣瓶中幾乎沒有氣泡冒出，這是由于______．
（5）待B裝置中的反應完全后，打開K₁，再緩緩鼓入空氣數分鐘，其目的是______．
（6）實驗測得數據如下：堿式碳酸鎂樣品22.6g；反應前C裝置的質量為87.6g，反應后質量為89.4g；反應前D裝置的質量為74.7g，反應后質量為83.5g．請計算推導該堿式碳酸鎂的化學式______，該堿式碳酸鎂受熱分解的化學方程式為______．

Answer 1

解：（1）由實驗原理可知，實驗需要通過測量D裝置內堿石灰的增重，計算生成的二氧化碳的質量，通過測量C裝置裝置，計算生成的水的質量，故應首先檢驗裝置的氣密性．
裝置內有空氣，含有水蒸氣和二氧化碳，影響水蒸氣和二氧化碳質量的測定，實驗前要通入空氣，趕走裝置中含有水蒸氣和二氧化碳，減少誤差，故A裝置應吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳，A裝置內可以選用堿石灰（或氧化鈣）．
故答案為：檢驗裝置的氣密性；堿石灰（或氧化鈣）．
（2）D裝置中盛放的堿石灰容易吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳，應在D裝置之后添加一個盛有堿石灰（或氧化鈣）的干燥管，防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進入D裝置中，影響測量結果．
故答案為：添加一個盛有堿石灰（或氧化鈣）的干燥管．
（3）裝置內有空氣，含有水蒸氣和二氧化碳，影響水蒸氣和二氧化碳質量的測定，故實驗前要通入空氣，趕走裝置中含有水蒸氣和二氧化碳，減少誤差．
活塞的操作方法是：打開活塞K₁、K₂，關閉活塞K₃．
故答案為：鼓入空氣；趕走裝置中含有水蒸氣和二氧化碳；K₁、K₂，K₃．
（4）關閉活塞K₁、K₂，打開K₃，加熱一段時間后，同學們發現C處洗氣瓶中幾乎沒有氣泡冒出，說明堿式碳酸鎂分解完全，B裝置內反應結束．
故答案為：B裝置中的反應已完全．
（5）B裝置中的反應完全后，裝置中的殘留少量水蒸氣和二氧化碳，為減少誤差，應全部趕到裝置C和D中．
故答案為：將反應生成的殘留在裝置中的水蒸氣和二氧化碳全部趕到裝置C和D中．
（6）堿式碳酸鎂樣品22.6g，反應前C裝置的質量為87.6g，反應后質量為89.4g，故生成水的質量為89.4g-87.6g=1.8g，物質的量為=0.1mol；反應前D裝置的質量為74.7g，反應后質量為83.5g，生成二氧化碳的質量為83.5g-74.7g=8.8g，物質的量為=0.2mol，故氧化鎂的質量為22.6g-1.8g-8.8g=12g，物質的量為=0.3mol，根據Mg、H、C元素守恒可知，x：y：z=0.3mol：0.1mol×2：0.2mol=3：2：2，故堿式碳酸鎂的化學式為Mg₃（OH）₂（CO₃）₂；該堿式碳酸鎂受熱分解的化學方程式為Mg₃（OH）₂（CO₃）₂3MgO+2CO₂↑+H₂O．
故答案為：Mg₃（OH）₂（CO₃）₂；Mg₃（OH）₂（CO₃）₂3MgO+2CO₂↑+H₂O．
分析：（1）由實驗原理可知，實驗需要通過測量D裝置內堿石灰的增重，計算生成的二氧化碳的質量，通過測量C裝置裝置，計算生成的水的質量，故應首先檢驗裝置的氣密性．
裝置內有空氣，含有水蒸氣和二氧化碳，影響水蒸氣和二氧化碳質量的測定，實驗前要通入空氣，趕走裝置中含有水蒸氣和二氧化碳，減少誤差，故A裝置應吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳．
（2）D裝置中盛放的堿石灰容易吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳，應在D裝置之后添加一個盛有堿石灰（或氧化鈣）的干燥管，防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進入D裝置中，影響測量結果．
（3）裝置內有空氣，含有水蒸氣和二氧化碳，影響水蒸氣和二氧化碳質量的測定，故實驗前要通入空氣，趕走裝置中含有水蒸氣和二氧化碳，減少誤差．活塞的操作方法是：打開活塞K₁、K₂，關閉活塞K₃．
（4）關閉活塞K₁、K₂，打開K₃，加熱一段時間后，同學們發現C處洗氣瓶中幾乎沒有氣泡冒出，說明堿式碳酸鎂分解完全，B裝置內反應結束．
（5）B裝置中的反應完全后，裝置中的殘留少量水蒸氣和二氧化碳，為減少誤差，應全部趕到裝置C和D中．
（6）堿式碳酸鎂樣品22.6g，反應前C裝置的質量為87.6g，反應后質量為89.4g，故生成水的質量為89.4g-87.6g=1.8g；反應前D裝置的質量為74.7g，反應后質量為83.5g，生成二氧化碳的質量為83.5g-74.7g=8.8g，故氧化鎂的質量為22.6g-1.8g-8.8g=12g，計算各物質的物質的量，利用元素守恒計算堿式碳酸鎂中x、y、z，據此書寫堿式碳酸鎂化學式．
該堿式碳酸鎂加熱能分解生成氧化鎂、水和二氧化碳的物質的量之比為3：1：2．
點評：考查學生對實驗原理理解、方案設計的評價、實驗裝置的理解、物質組成的測定等，難度中等，理解實驗原理是解題的關鍵，是對知識的綜合運用，需要學生具有扎實的基礎與綜合運用分析解決問題的能力．