Question

20．碳酸鎂晶須是一種新型吸波隱形材料中的增強(qiáng)材料．
（1）合成該物質(zhì)步驟如下：
步驟1：配制0.5mol•L^-1 MgSO₄溶液和0.5mol•L^-1 NH₄HCO₃溶液．
步驟2：用量筒量取500mL NH₄HCO₃溶液于1 000mL四口燒瓶中，開啟攪拌器，溫度控制在50℃．
步驟3：將250mL MgSO₄溶液逐滴加入NH₄HCO₃溶液中，1min內(nèi)滴加完后，用氨水調(diào)節(jié)溶液pH到9.5．步驟4：放置1h后，過濾，洗滌．
步驟5：在40℃的真空干燥箱中干燥10h，得碳酸鎂晶須產(chǎn)品（MgCO₃•nH₂O　n=1～5）．
①配制0.5mol•L^-1 MgSO₄溶液500mL，需要的儀器有托盤天平、藥匙、燒杯、玻璃棒、量筒、膠頭滴管、500mL容量瓶．
②步驟3中加氨水后的離子方程式Mg²⁺+HCO₃^-+NH₃•H₂O+（n-1）H₂O═MgCO₃•nH₂O+NH₄⁺．
（2）測定合成的MgCO₃•nH₂O中的n值．
稱量1.000g碳酸鎂晶須，放入圖1所示的廣口瓶中，加入適量水，滴入稀硫酸與晶須反應(yīng)，生成的CO₂被NaOH溶液吸收，在室溫下反應(yīng)4～5h，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(fù)上述操作2次．

①圖1中氣球的作用是暫時(shí)儲(chǔ)存CO₂，有利于CO₂被NaOH溶液吸收，且能保持裝置中壓強(qiáng)相對(duì)穩(wěn)定；
②上述反應(yīng)后期要升溫到30℃，主要目的是升高溫度氣體的溶解度減小，使溶解在水中的CO₂逸出，便于吸收完全；
③1.000g碳酸鎂晶須產(chǎn)生CO₂平均值為a mol，則n值為$\frac{1-84a}{18a}$（用含a的表達(dá)式表示）．
（3）稱取100g上述晶須產(chǎn)品進(jìn)行熱重分析，如圖2．則合成的晶須中n=1．

Answer 1

分析 （1）①操作步驟有計(jì)算、量取、稀釋、移液、洗滌移液、定容、搖勻等操作，根據(jù)配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液的操作步驟選擇儀器；
②將250mL MgSO₄溶液逐滴加入NH₄HCO₃溶液中，用氨水調(diào)節(jié)溶液pH到9.5，反應(yīng)生成碳酸鎂結(jié)晶水合物；
（2）①裝置中氣球可以緩沖壓強(qiáng)并封閉裝置；
②反應(yīng)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；
③依據(jù)碳酸鎂晶體中碳酸鎂和結(jié)晶水物質(zhì)的量之比為1：n，結(jié)合生成二氧化碳物質(zhì)的量和水的物質(zhì)的量計(jì)算得到；
（3）分析圖象400°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．

解答 解：（1）①操作步驟有計(jì)算、量取、稀釋、移液、洗滌移液、定容、搖勻等操作，用量筒量�。ㄓ玫侥z頭滴管）濃硫酸，在燒杯中稀釋，用玻璃棒攪拌，冷卻后轉(zhuǎn)移到500mL容量瓶中，并用玻璃棒引流，洗滌2-3次，將洗滌液轉(zhuǎn)移到容量瓶中，加水至液面距離刻度線1～2cm時(shí)，改用膠頭滴管滴加，最后定容顛倒搖勻，
由提供的儀器可知還需要儀器有：500mL容量瓶，
故答案為：500mL容量瓶；
②將250mL MgSO₄溶液逐滴加入NH₄HCO₃溶液中，用氨水調(diào)節(jié)溶液pH到9.5，反應(yīng)生成碳酸鎂結(jié)晶水合物，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Mg²⁺+HCO₃^-+NH₃•H₂O+（n-1）H₂O═MgCO₃•nH₂O+NH₄⁺，
故答案為：Mg²⁺+HCO₃^-+NH₃•H₂O+（n-1）H₂O═MgCO₃•nH₂O+NH₄⁺；
（2）①裝置中氣球可以緩沖壓強(qiáng)并封閉裝置，暫時(shí)儲(chǔ)存CO₂，有利于CO₂被NaOH溶液吸收，且能保持裝置中壓強(qiáng)相對(duì)穩(wěn)定，
故答案為：暫時(shí)儲(chǔ)存CO₂，有利于CO₂被NaOH溶液吸收，且能保持裝置中壓強(qiáng)相對(duì)穩(wěn)定；
②反應(yīng)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(chǎn)生的誤差，
故答案為：升高溫度氣體的溶解度減小，使溶解在水中的CO₂逸出，便于吸收完全；
③實(shí)驗(yàn)測得每1.000g碳酸鎂晶須產(chǎn)生的CO₂平均值為a mol，依據(jù)元素守恒可知，碳酸鎂物質(zhì)的量為amol，根據(jù)化學(xué)式可知，MgCO₃•nH₂O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=a：$\frac{1.000g-84ag}{18g/mol}$；得到n=$\frac{1-84a}{18a}$，
故答案為：$\frac{1-84a}{18a}$；
（3）MgCO₃•nH₂O　n=1～5，分析圖象400°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×$\frac{18n}{18n+84}$=100-82.3，解得n=1，
故答案為：1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和分析判斷，主要是圖象分析的應(yīng)用，裝置中的反應(yīng)現(xiàn)象和反應(yīng)原理的綜合應(yīng)用，題目難度中等．