Question

9．白云石粉是一種生產高級玻璃器皿、醫(yī)藥用瓶、光學玻璃的原料，某化學興趣小組對白云石粉極其好奇，決定對其進行探究．
【查閱資料】白云石屬于碳酸鹽礦物，白云石粉主要成分的化學式可表示為：xMgCO₃•yCaCO₃．（ 雜質是二氧化硅，其不溶于水，也不與鹽酸反應，受熱不分解）
一．定性探究：白云石粉的成分和性質

【實驗分析】
（1）過濾操作中用到的玻璃儀器有玻璃棒、燒杯、漏斗．
（2）由步驟①②的現(xiàn)象可得出白云石粉中一定含有的離子是CO₃^2-（填離子符號）．
（3）步驟③生成氫氧化鎂的化學方程式是MgCl₂+2NaOH═Mg（OH）₂↓+2NaCl．步驟④的反應現(xiàn)象是產生白色沉淀．
【結論】綜合上述實驗現(xiàn)象可初步證明白云石由碳酸鈣、碳酸鎂組成．
[實驗質疑】小組同學經過討論認為：因氫氧化鈣微溶于水，導致沉淀B中除了氫氧化鎂之外應該還混有氫氧化鈣，對定量測定白云石粉的組成干擾較大，在老師的指導下該興趣小組采用熱分解法進行定量探究．
二．定量探究：白云石的組成
[查閱資料】碳酸鈣開始分解的溫度為898℃，1000℃時完全分解生成生石灰和二氧化碳氣體；碳酸鈣與碳酸鎂的化學性質相似；碳酸鎂開始分解的溫度為540℃，700℃時完全分解．
【實驗設計】為測定白云石中的含鈣量及x：y的值，該興趣小組設計了如下裝置并進行實驗：

【實驗步驟】①組裝儀器，檢查裝置的氣密性；②準確稱取15.0g 白云石粉末放在A裝置中，打開彈簧夾，鼓入一段時間氮氣，稱量B、C、D裝置的質量；③關閉彈簧夾，打開控溫電加熱器，緩緩調升溫度至700℃，持續(xù)加熱至固體質量不變；④打開彈簧夾，緩緩鼓入一段時間氮氣，準確稱量B、C、D裝置的質量；⑤關閉彈簧夾，調升溫度至1000℃，持續(xù)加熱至固體質量不變，打開彈簧夾，緩緩鼓入一段時間氮氣，準確稱量B、C、D裝置的質量．
實驗數(shù)據記錄如表：

	B中溶液質量/g	C中溶液質量/g	D中溶液質量/g
反應前	50.0	100.0	50.0
700℃	50.0	102.1	50.1
1000℃	50.0	106.3	50.3

【實驗分析和數(shù)據處理】
（4）裝置D的作用是吸收氮氣帶出的水蒸氣，防止測得二氧化碳的質量偏��；
（5）持續(xù)加熱至固體質量不變后緩緩鼓入一段時間氮氣的目的是使殘留在裝置內的二氧化碳氣體全部被C裝置吸收．
（6）計算白云石中鈣元素的質量分數(shù)．（寫出計算過程，結果保留小數(shù)點后一位）：
（7）設計實驗證明白云石粉已完全分解的實驗方法是取少量反應后固體于試管中，加入足量的稀鹽酸，無氣泡產生，說明完全分解（寫出實驗方法、現(xiàn)象、結論）
（8）白云石（xMgCO₃•yCaCO₃）中的 x：y=1：2（最簡整數(shù)比），若加熱前沒有鼓入一段時間的氮氣，將會導致x：y的值偏大（填偏大、偏小或不變）．

Answer 1

分析 （1）過濾操作中用到的玻璃儀器有玻璃棒、燒杯和漏斗；
（2）碳酸根離子能和氫離子結合成水和二氧化碳；
（3）步驟③中，氯化鎂和氫氧化鈉反應生成白色沉淀氫氧化鎂和氯化鈉；
氯化鈣能和碳酸鈉反應生成白色沉淀碳酸鈣和氯化鈉；
（4）裝置D的作用是吸收氮氣帶出的水蒸氣，防止測得二氧化碳的質量偏��；
（5）持續(xù)加熱至固體質量不變后緩緩鼓入一段時間氮氣的目的是使殘留在裝置內的二氧化碳氣體全部被C裝置吸收；
（6）根據反應生成二氧化碳的質量可以計算碳酸鈣的質量，進一步可以計算白云石中鈣元素的質量分數(shù)；
（7）設計實驗證明白云石粉已完全分解的實驗方法是：取少量反應后固體于試管中，加入足量的稀鹽酸，無氣泡產生，說明完全分解；
（8）根據碳酸鎂和碳酸鈣的質量可以計算白云石（xMgCO₃•yCaCO₃）中的 x：y的值．

解答 解：（1）過濾操作中用到的玻璃儀器有玻璃棒、燒杯、漏斗．
故填：漏斗．
（2）碳酸根離子能和氫離子結合成水和二氧化碳，因此由步驟①②的現(xiàn)象可得出白云石粉中一定含有的離子是CO₃^2-．
故填：CO₃^2-．
（3）步驟③中，氯化鎂和氫氧化鈉反應生成白色沉淀氫氧化鎂和氯化鈉，反應的化學方程式為：MgCl₂+2NaOH═Mg（OH）₂↓+2NaCl；
氯化鈣能和碳酸鈉反應生成白色沉淀碳酸鈣和氯化鈉，實驗現(xiàn)象是產生白色沉淀．
故填：MgCl₂+2NaOH═Mg（OH）₂↓+2NaCl；產生白色沉淀．
（4）裝置D的作用是吸收氮氣帶出的水蒸氣，防止測得二氧化碳的質量偏�。�
故填：吸收氮氣帶出的水蒸氣，防止測得二氧化碳的質量偏小．
（5）持續(xù)加熱至固體質量不變后緩緩鼓入一段時間氮氣的目的是使殘留在裝置內的二氧化碳氣體全部被C裝置吸收．
故填：使殘留在裝置內的二氧化碳氣體全部被C裝置吸收．
（6）設碳酸鈣的質量為x，

	B中溶液質量/g	C中溶液質量/g	D中溶液質量/g
反應前	50.0	100.0	50.0
700℃	50.0	102.1	50.1
1000℃	50.0	106.3	50.3

碳酸鎂的分解產生的二氧化碳應該102.1g+50.1g-100.0g-50.0g（很多人會認為只計算C，其實忽略了氣體從C出來帶出了C中的水分，所以需要兩者都要考慮，計算碳酸鈣分解產生二氧化碳也是如此）=2.2g．
碳酸鈣分解產生的二氧化碳的質量為106.3g+50.3g-102.1g-50.1g=4.4g
碳酸鈣分解生成二氧化碳質量是4.4g，
CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaO+CO₂↑，
100            44
x              4.4g
$\frac{100}{x}$=$\frac{44}{4.4g}$，
x=10g，
10g碳酸鈣中鈣元素質量為：10g×$\frac{40}{100}$×100%=4g，
白云石中鈣元素的質量分數(shù)為：$\frac{4g}{15.0g}$×100%=26.7%，
答：白云石中鈣元素的質量分數(shù)為26.7%．
（7）實驗證明白云石粉已完全分解的實驗方法是：取少量反應后固體于試管中，加入足量的稀鹽酸，無氣泡產生，說明完全分解．
故填：取少量反應后固體于試管中，加入足量的稀鹽酸，無氣泡產生，說明完全分解．
（8）設碳酸鎂質量為y，
碳酸鎂的分解產生的二氧化碳應該102.1g+50.1g-100.0g-50.0g（很多人會認為只計算C，其實忽略了氣體從C出來帶出了C中的水分，所以需要兩者都要考慮，計算碳酸鈣分解產生二氧化碳也是如此）=2.2g．
碳酸鈣分解產生的二氧化碳的質量為106.3g+50.3g-102.1g-50.1g=4.4g
碳酸鎂分解生成二氧化碳的質量是2.2g，
MgCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$MgO+CO₂↑，
84               44
y               2.2g
$\frac{84}{y}$=$\frac{44}{2.2g}$，
y=4.2g，
根據題意有：$\frac{84x}{100y}$=$\frac{4.2g}{10g}$，
$\frac{x}{y}$=$\frac{1}{2}$，
若加熱前沒有鼓入一段時間的氮氣，由于裝置內空氣中二氧化碳被C裝置吸收，所以導致相當于碳酸鎂分解產生的二氧化碳增多，從而會導致x：y的值偏大．
故填：1：2；偏大．

點評 合理設計實驗，科學地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結論的前提，因此要學會設計實驗、進行實驗、分析實驗，為學好化學知識奠定基礎．