Question

【題目】白云石粉是一種生產(chǎn)高級玻璃器皿、醫(yī)藥用瓶、光學(xué)玻璃的原料,某化學(xué)興趣小組對白云石粉極其好奇,決定對其進(jìn)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(xué)式可表示為xMgCO3·yCaCO3 ( 雜質(zhì)是二氧化硅,其不溶于水,也不與鹽酸反應(yīng),受熱不分解)

一、定性探究：白云石粉的成分和性質(zhì)

【實驗分析】

(1)由步驟①②的現(xiàn)象可得出白云石粉中一定含有的離子是_________ (填離子符號)。

(2)步驟③生成氫氧化鎂的化學(xué)方程式是________；步驟④的反應(yīng)現(xiàn)象是_______。

【結(jié)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(zhì)疑】小組同學(xué)經(jīng)過討論認(rèn)為:因氫氧化鈣微溶于水,導(dǎo)致沉淀B中除了氫氧化鎂之外應(yīng)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(dǎo)下該興趣小組采用熱分解法進(jìn)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?xì)怏w；碳酸鈣與碳酸鎂的化學(xué)性質(zhì)相似;碳酸鎂開始分解的溫度為540℃，700℃時完全分解。

【實驗設(shè)計】為測定白云石中的含鈣量及x：y的值,該興趣小組設(shè)計了如下裝置并進(jìn)行實驗：

【實驗步驟】

①組裝儀器,檢查裝置的氣密性;

②準(zhǔn)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、E裝置的質(zhì)量；

③關(guān)閉彈簧夾,打開控溫電加熱器,緩緩調(diào)升溫度至700℃,持續(xù)加熱至固體質(zhì)量不變；

④打開彈簧夾,緩緩鼓入一段時間氮氣,準(zhǔn)確稱量B、C、D、E裝置的質(zhì)量；

⑤關(guān)閉彈簧夾,調(diào)升溫度至1000℃,持續(xù)加熱至固體質(zhì)量不變,打開彈簧夾,緩緩鼓入一段時間氮氣,準(zhǔn)確稱量B、C、D、E裝置的質(zhì)量。

實驗數(shù)據(jù)記錄如表:

	B中溶液質(zhì)量/g	C中溶液質(zhì)量/g	D中溶液質(zhì)量/g	E的質(zhì)量/g
反應(yīng)前	50.0	100.0	50.0	120.5
700℃	50.0	102.1	50.1	120.5
1000℃	50.0	106.3	50.3	120.5

【實驗分析和數(shù)據(jù)處理】

(3)裝置D的作用是______________________。

(4)持續(xù)加熱至固體質(zhì)量不變后緩緩鼓入一段時間氮氣的目的是__________。

(5)計算白云石中鈣元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)______。(寫出計算過程，結(jié)果保留小數(shù)點后一位，)

(6)設(shè)計實驗證明白云石粉已完全分解的實驗方法是 ______(寫出實驗方法、現(xiàn)象、結(jié)論)

(7)白云石（xMgCO3·yCaCO3）中的 x：y=________ (最簡整數(shù)比)，若加熱前沒有鼓入一段時間的氮氣,將會導(dǎo)致 x：y的值___________(填偏大、偏小或不變).

Answer 1

【答案】 ═↓ 產(chǎn)生白色沉淀 吸收氮氣帶出的水蒸氣,防止測得二氧化碳的質(zhì)量偏小 使殘留在裝置內(nèi)的二氧化碳?xì)怏w全部被C裝置吸收 26.7% 取少量反應(yīng)后固體于試管中,加入足量的稀鹽酸,無氣泡產(chǎn)生,說明完全分解 1:2 偏大

【解析】本題通過白云石粉研究，考查了實驗探究物質(zhì)的組成成分以及含量，過濾的原理、方法及其應(yīng)用；常見氣體的檢驗與除雜方法，鹽的化學(xué)性質(zhì)，書寫化學(xué)方程式和根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式的計算。綜合性較強(qiáng)，解題是時要充分利用“查閱資料”弄清碳酸鈣和碳酸鎂的分解順序，為數(shù)據(jù)處理提供依據(jù)。

（1）碳酸根離子能和氫離子結(jié)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CO32-；

（2）步驟③中，氯化鎂和氫氧化鈉反應(yīng)生成白色沉淀氫氧化鎂和氯化鈉，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：MgCl2+2NaOH═Mg（OH）2↓+2NaCl；氯化鈣能和碳酸鈉反應(yīng)生成白色沉淀碳酸鈣和氯化鈉，實驗現(xiàn)象是產(chǎn)生白色沉淀；

（3）氣體從裝置C出來的氣體中含有少量的水蒸氣。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(zhì)量偏��；

（4）持續(xù)加熱至固體質(zhì)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(nèi)的二氧化碳?xì)怏w全部被C裝置吸收；

（5）設(shè)碳酸鈣的質(zhì)量為x，

碳酸鈣分解生成二氧化碳質(zhì)量=(106.3g-102.1g)+( 50.3g-50.1g)=4.4g，

CaCO3CaO+CO2↑

100 44

x 4.4g

x=10g，

ω（Ca）═（10g×40%）/15g═26.7%；

（6）若白云石粉已完全分解反應(yīng)后固體中沒有碳酸鈣和碳酸鎂，可用稀鹽酸檢驗。實驗證明白云石粉已完全分解的實驗方法是：取少量反應(yīng)后固體于試管中,加入足量的稀鹽酸,無氣泡產(chǎn)生，說明完全分解；

（7）設(shè)碳酸鎂質(zhì)量為y，

碳酸鎂分解生成二氧化碳的質(zhì)量=（102.1g-100.0g）+(50.1g-50.0)=2.2g，

MgCO3MgO+CO2↑，

84 44

y 2.2g

y=4.2g，

根據(jù)題意有：84x：100y=4.2g：10g x：y=1：2；若加熱前沒有鼓入一段時間的氮氣，導(dǎo)致測得的碳酸鎂分解生成的二氧化碳質(zhì)量偏大，從而會導(dǎo)致x：y的值偏大。