Question

9．碳酸鎂水合物是制備鎂產(chǎn)品的中間體．
【制取MgCO₃•3H₂O】工業(yè)上從弱堿性鹵水（主要成分為MgCl₂）中獲取MgCO₃•3H₂O的方法如圖1：

（1）沉淀過程的化學(xué)方程式為：
MgCl₂+CO₂+2NaOH+2H₂O═MgCO₃•3H₂O↓+2NaCl．
（2）沉淀過程的pH隨時(shí)間的變化如圖2所示，沉淀過程的操作為c（填字母）．
a．向鹵水中滴加NaOH溶液，同時(shí)通入CO₂
b．向NaOH溶液中滴加鹵水，同時(shí)通入CO₂
c．向鹵水中通入CO₂至飽和，然后滴加NaOH溶液，同時(shí)繼續(xù)通入CO₂
d．向NaOH溶液中通入CO₂至飽和，然后滴加鹵水，同時(shí)繼續(xù)通入CO₂
（3）沉淀過程的溶液中鎂離子含量隨時(shí)間的變化如圖3所示，不同溫度下所得到沉淀產(chǎn)物如表26-1所示．
表26-1　不同反應(yīng)溫度下的水合碳酸鎂

溫度（℃）	產(chǎn)物
46.95	MgCO3•3H2O
47.95	MgCO3•3H2O
48.95	MgCO3•3H2O
49.95	Mg5（OH）2（CO3）4•4H2O

則沉淀過程選擇的溫度為48.95℃，理由是此溫度下，Mg²⁺沉淀的速率較快，沉淀效率較高，且不會生成其它沉淀．
【測定MgCO₃•3H₂O的純度】
利用如圖所示裝置（圖中夾持儀器略去）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以確定MgCO₃•3H₂O的純度．

依據(jù)實(shí)驗(yàn)過程回答下列問題：
（1）實(shí)驗(yàn)過程中需持續(xù)緩緩?fù)ㄈ肟諝�，其作用除了可攪拌B、C中的反應(yīng)物外，還有把生成的CO₂全部排入C中，使之完全被Ca（OH）₂溶液吸收．
（2）C中反應(yīng)生成CaCO₃的化學(xué)方程式為Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O；D中堿石灰的作用為防止空氣中的CO₂進(jìn)入C裝置干擾實(shí)驗(yàn)．
（3）下列各項(xiàng)措施中，不能提高測定準(zhǔn)確度的是bc（填標(biāo)號）．
a．在加入硫酸之前，應(yīng)排凈裝置內(nèi)的CO₂氣體
b．為了縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，快速滴加硫酸
c．在A～B之間增添盛有濃硫酸的洗氣裝置
d．在C裝置左側(cè)導(dǎo)管末端增添多孔球泡
（4）實(shí)驗(yàn)中準(zhǔn)確稱取15.0g樣品三份，進(jìn)行三次測定，測得中生成CaCO₃沉淀的平均質(zhì)量為10.0g．請計(jì)算樣品中MgCO₃•3H₂O的純度（寫出計(jì)算過程）．92.0%
（5）小明認(rèn)為應(yīng)將澄清石灰水換成Ba（OH）₂溶液，其理由除了Ba（OH）₂溶解度大，濃度大，使CO₂被吸收的更完全外，還有BaCO₃的相對分子質(zhì)量比CaCO₃大，等質(zhì)量的MgCO₃•3H₂O生成的BaCO₃質(zhì)量大于CaCO₃質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)時(shí)相對誤差小．
（6）若獲取MgCO₃•3H₂O的樣品中含有少量Mg₅（OH）₂（CO₃）₄•4H₂O，則產(chǎn)品中鎂元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏大（填“偏大”“不變”或“偏小”，下同），樣品中MgCO₃•3H₂O的純度偏大．

Answer 1

分析 【制取MgCO₃•3H₂O】
化學(xué)反應(yīng)前后，元素種類不變，原子種類和總個(gè)數(shù)都不變；
根據(jù)溶液pH的變化情況可以判斷操作過程；
根據(jù)表中和圖中提供的數(shù)據(jù)、信息可以判斷相關(guān)方面的問題；
【測定MgCO₃•3H₂O的純度】
不同的實(shí)驗(yàn)裝置，功能不同；
二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，是因?yàn)槎�氧化碳和氫氧化鈣反應(yīng)生成了白色沉淀碳酸鈣和水；
根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式及其提供的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行相關(guān)方面的計(jì)算和判斷；
碳酸鋇的相對分子質(zhì)量是197，碳酸鈣的相對分子質(zhì)量是100；
若獲取MgCO₃•3H₂O的樣品中含有少量Mg₅（OH）₂（CO₃）₄•4H₂O，根據(jù)物質(zhì)中組成元素的含量可以判斷計(jì)算結(jié)果．

解答 解：【制取MgCO₃•3H₂O】
（1）由反應(yīng)的化學(xué)方程式可知，反應(yīng)前后鎂原子都是1個(gè)，碳原子都是1個(gè)，氧原子都是6個(gè)，氫原子都是6個(gè)，反應(yīng)前氯原子和鈉原子都是2個(gè)，都包含在未知物質(zhì)中，因此未知物質(zhì)是氯化鈉．
故填：NaCl．
（2）沉淀過程的pH隨時(shí)間的變化如圖2所示，弱堿性鹵水的pH大于7，開始時(shí)pH逐漸減小，說明加入了二氧化碳，一會兒后pH升高，說明加入了氫氧化鈉溶液，同時(shí)繼續(xù)通入二氧化碳，使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行．
故選：c．
（3）由表中數(shù)據(jù)可知，沉淀過程選擇的溫度為48.95℃，這是因?yàn)榇藴囟认拢琈g²⁺沉淀的速率較快，沉淀效率較高，且不會生成其它沉淀．
故填：48.95℃；此溫度下，Mg²⁺沉淀的速率較快，沉淀效率較高，且不會生成其它沉淀．
【測定MgCO₃•3H₂O的純度】
（1）實(shí)驗(yàn)過程中需持續(xù)緩緩?fù)ㄈ肟諝�，其作用除了可攪拌B、C中的反應(yīng)物外，還有把生成的CO₂全部排入C中，使之完全被Ca（OH）₂溶液吸收．
故填：把生成的CO₂全部排入C中，使之完全被Ca（OH）₂溶液吸收．
（2）C中氫氧化鈣和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O；
D中堿石灰的作用為防止空氣中的CO₂進(jìn)入C裝置干擾實(shí)驗(yàn)．
故填：Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O；防止空氣中的CO₂進(jìn)入C裝置干擾實(shí)驗(yàn)．
（3）a．在加入硫酸之前，應(yīng)排凈裝置內(nèi)的CO₂氣體，這樣能夠防止空氣中的二氧化碳和氫氧化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該選項(xiàng)能提高測定準(zhǔn)確度；
b．快速滴加硫酸，可能會導(dǎo)致產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w不能被氫氧化鈣溶液全部吸收，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確，該選項(xiàng)不能提高測定準(zhǔn)確度；
c．在A～B之間增添盛有濃硫酸的洗氣裝置時(shí)能夠吸收水蒸氣，但是通過B裝置后又會帶進(jìn)水蒸氣，該選項(xiàng)不能提高測定準(zhǔn)確度；
d．在C裝置左側(cè)導(dǎo)管末端增添多孔球泡，能夠增大二氧化碳和氫氧化鈣的接觸面積，利于二氧化碳?xì)怏w的全部吸收，該選項(xiàng)能提高測定準(zhǔn)確度．
故選：bc．
（4）解：設(shè)MgCO₃•3H₂O的質(zhì)量為x，
MgCO₃•3H₂O～CO₂～CaCO₃，
138                             100
x                               10.0g
$\frac{138}{x}$=$\frac{100}{10.0g}$，
x=13.8g
MgCO₃•3H₂O的純度為：$\frac{13.8g}{15.0g}$×100%=92.0%，
故填：92.0%．
（5）將澄清石灰水換成Ba（OH）₂溶液，其理由除了Ba（OH）₂溶解度大，濃度大，使CO₂被吸收的更完全外，還有BaCO₃的相對分子質(zhì)量比CaCO₃大，等質(zhì)量的MgCO₃•3H₂O生成的BaCO₃質(zhì)量大于CaCO₃質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)時(shí)相對誤差�。�
故填：BaCO₃的相對分子質(zhì)量比CaCO₃大，等質(zhì)量的MgCO₃•3H₂O生成的BaCO₃質(zhì)量大于CaCO₃質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)時(shí)相對誤差�。�
（6）MgCO₃•3H₂O中鎂元素、碳元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：$\frac{24}{138}$×100%=17.4%，$\frac{12}{138}$×100%=8.7%，
Mg₅（OH）₂（CO₃）₄•4H₂O中鎂元素、碳元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：$\frac{120}{466}$×100%=25.8%，$\frac{48}{466}$×100%=10.3%，
由計(jì)算可知，MgCO₃•3H₂O中的鎂元素、碳元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)都小于Mg₅（OH）₂（CO₃）₄•4H₂O中的鎂元素、碳元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，因此若獲取MgCO₃•3H₂O的樣品中含有少量Mg₅（OH）₂（CO₃）₄•4H₂O，則產(chǎn)品中鎂元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏大，樣品中MgCO₃•3H₂O的純度偏大．
故填：偏大；偏大．

點(diǎn)評 合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)，是得出正確實(shí)驗(yàn)結(jié)論的前提，因此要學(xué)會設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)，為學(xué)好化學(xué)知識奠定基礎(chǔ)．