Question

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

（查閱資料）(1) MgCO3·nH2O微溶于水；

(2) MgCO3·nH2O在230℃時(shí)開始失去結(jié)晶水， 400℃以上時(shí)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(yīng)一段時(shí)間；③用氨水調(diào)節(jié)溶液pH至9.5，放置1h后，過(guò)濾、洗滌、干燥得碳酸鎂晶須產(chǎn)品。

(1)步驟①配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(yīng)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(yīng)，除生成MgCO3·nH2O沉淀外，同時(shí)生成的產(chǎn)物還有______________；

(4)檢驗(yàn)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(wú)沉淀說(shuō)明已洗滌干凈。

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

II．測(cè)定產(chǎn)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(wèn)題：

(6)上述裝置的連接順序?yàn)?/span>_____(按氣流方向，用接口字母表示)，其中B處的長(zhǎng)玻璃導(dǎo)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(zhì)量。再次連接好裝置，邊加熱邊通入N2，此時(shí)通入N2的作用是_____________。

(8)若B裝置中無(wú)殘留物。裝置C反應(yīng)前后質(zhì)量差為m1，裝置D反應(yīng)前后質(zhì)量差m2 。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確測(cè)定n值， n=___(用含m1、m2的代數(shù)式表示)。

(9)有同學(xué)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(cè)得n值會(huì)________(“偏大”、“偏小”、“無(wú)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(yīng)，生成的CO2被過(guò)量NaOH溶液吸收，在室溫下反應(yīng)4～5h，反應(yīng)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(yīng)，測(cè)得CO2的總量；重復(fù)上述操作2次。

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

(11)圖中氣球的作用是__________________；

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

(13)設(shè)3次實(shí)驗(yàn)測(cè)得每100 g碳酸鎂晶須與稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生的CO2平均值為ag，則n值為_______(用含a的代數(shù)式表示)；

(14)稱取100g上述晶須產(chǎn)品進(jìn)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(guò)程)。

Answer 1

【答案】量筒水浴加熱(NH4)2SO4 BaCl2溶液防止晶體失去結(jié)晶水a→e→d→b→c冷卻氣體吸收二氧化碳?xì)怏w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(jìn)入C裝置，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏小2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O 緩沖作用使廣口瓶?jī)?nèi)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(jù)配制溶液步驟：計(jì)算、稱量、溶解、轉(zhuǎn)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(yīng)，除生成MgCO3nH2O沉淀外，還生成硫酸銨；

（4）檢驗(yàn)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(wú)沉淀說(shuō)明已洗滌干凈，若有沉淀則說(shuō)明未洗滌干凈；

（5）由于碳酸鎂晶須高溫會(huì)失去結(jié)晶水，所以干燥得碳酸鎂晶須產(chǎn)品溫度不能過(guò)高；

（6）上述裝置的連接順序?yàn)椋簯?yīng)該首先通過(guò)D裝置吸收水蒸氣，后通過(guò)C裝置吸收二氧化碳；將氣體通過(guò)洗氣瓶進(jìn)行洗氣時(shí)，應(yīng)該從長(zhǎng)導(dǎo)管一側(cè)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(yīng)生成的二氧化碳?xì)怏w，裝置D的作用是吸收水蒸氣，裝置B是長(zhǎng)玻璃管起到冷卻作用；

（7）因?yàn)榧訜岷蟮难b置中含有殘留的HCl和水蒸氣，為了避免引起實(shí)驗(yàn)誤差，保證反應(yīng)產(chǎn)生的氣體全部被裝置C、D吸收，所以要通入N2排出裝置內(nèi)殘留的氣體，同時(shí)也是為了防止產(chǎn)生倒吸；

（8）若B裝置中無(wú)殘留物，通過(guò)裝置D吸收的質(zhì)量為生成水的質(zhì)量，裝置C吸收的是分解生成的二氧化碳的質(zhì)量，可以計(jì)算， =1：n，n= ；

（9）防止空氣中的二氧化碳進(jìn)入C裝置，使m1偏大，測(cè)得n值會(huì)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(yīng)生成碳酸鈉和水，化學(xué)反應(yīng)方程式為：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O；

（11）氣球的作用是緩沖裝置中的壓強(qiáng)作用；

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

（13）實(shí)驗(yàn)測(cè)得每100g碳酸鎂晶須產(chǎn)生的CO2平均值為a g，依據(jù)化學(xué)方程式可知，碳酸鎂物質(zhì)的質(zhì)量為g，根據(jù)化學(xué)式可知，MgCO3nH2O中碳酸鎂晶體中碳酸鎂和結(jié)晶水物質(zhì)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(zhì)量為82.3g，為失去結(jié)晶水的質(zhì)量，剩余質(zhì)量為39.2g是碳酸鎂分解失去二氧化碳的質(zhì)量，得到100g× =100g-82.3g，解得：n=1。