Question

9．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）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(xué)方程式是MgCl₂+2NaOH═Mg（OH）₂↓+2NaCl．步驟④的反應(yīng)現(xiàn)象是產(chǎn)生白色沉淀．
【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
反應(yīng)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(jù)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(zhì)量偏小；
（5）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．
（6）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）：
（7）設(shè)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(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（寫出實驗方法、現(xiàn)象、結(jié)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(dǎo)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(jié)合成水和二氧化碳；
（3）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；
氯化鈣能和碳酸鈉反應(yīng)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(zhì)量偏�。�
（5）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；
（6）根據(jù)反應(yīng)生成二氧化碳的質(zhì)量可以計算碳酸鈣的質(zhì)量，進(jìn)一步可以計算白云石中鈣元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（7）設(shè)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(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；
（8）根據(jù)碳酸鎂和碳酸鈣的質(zhì)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(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CO₃^2-．
故填：CO₃^2-．
（3）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．
故填：MgCl₂+2NaOH═Mg（OH）₂↓+2NaCl；產(chǎn)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(zhì)量偏小．
故填：吸收氮氣帶出的水蒸氣，防止測得二氧化碳的質(zhì)量偏小．
（5）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．
故填：使殘留在裝置內(nèi)的二氧化碳?xì)怏w全部被C裝置吸收．
（6）設(shè)碳酸鈣的質(zhì)量為x，

	B中溶液質(zhì)量/g	C中溶液質(zhì)量/g	D中溶液質(zhì)量/g
反應(yīng)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(chǎn)生的二氧化碳應(yīng)該102.1g+50.1g-100.0g-50.0g（很多人會認(rèn)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(chǎn)生二氧化碳也是如此）=2.2g．
碳酸鈣分解產(chǎn)生的二氧化碳的質(zhì)量為106.3g+50.3g-102.1g-50.1g=4.4g
碳酸鈣分解生成二氧化碳質(zhì)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(zhì)量為：10g×$\frac{40}{100}$×100%=4g，
白云石中鈣元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{4g}{15.0g}$×100%=26.7%，
答：白云石中鈣元素的質(zhì)量分?jǐn)?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(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．
故填：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．
（8）設(shè)碳酸鎂質(zhì)量為y，
碳酸鎂的分解產(chǎn)生的二氧化碳應(yīng)該102.1g+50.1g-100.0g-50.0g（很多人會認(rèn)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(chǎn)生二氧化碳也是如此）=2.2g．
碳酸鈣分解產(chǎn)生的二氧化碳的質(zhì)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(zhì)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(jù)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(nèi)空氣中二氧化碳被C裝置吸收，所以導(dǎo)致相當(dāng)于碳酸鎂分解產(chǎn)生的二氧化碳增多，從而會導(dǎo)致x：y的值偏大．
故填：1：2；偏大．

點評 合理設(shè)計實驗，科學(xué)地進(jìn)行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結(jié)論的前提，因此要學(xué)會設(shè)計實驗、進(jìn)行實驗、分析實驗，為學(xué)好化學(xué)知識奠定基礎(chǔ)．