Question

【題目】白云石粉是一種生產高級玻璃器皿、醫藥用瓶、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)由步驟①②的現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方程式是________；步驟④的反應現象是_______。

【結論】綜合上述實驗現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、E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、E裝置的質量；

⑤關閉彈簧夾,調升溫度至1000℃,持續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、E裝置的質量。

實驗數據記錄如表:

	B中溶液質量/g	C中溶液質量/g	D中溶液質量/g	E的質量/g
反應前	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

【實驗分析和數據處理】

(3)裝置D的作用是______________________。

(4)持續加熱至固體質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量分數______。(寫出計算過程，結果保留小數點后一位，)

(6)設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、現象、結論)

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

Answer 1

【答案】 ═↓ 產生白色沉淀 吸收氮氣帶出的水蒸氣,防止測得二氧化碳的質量偏小 使殘留在裝置內的二氧化碳氣體全部被C裝置吸收 26.7% 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 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的組成成分以及含量，過濾的原理、方法及其應用；常見氣體的檢驗與除雜方法，鹽的化學性質，書寫化學方程式和根據化學反應方程式的計算。綜合性較強，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，為數據處理提供依據。

（1）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，實驗現象是產生白色沉淀；

（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量偏小；

（4）持續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；

（5）設碳酸鈣的質量為x，

碳酸鈣分解生成二氧化碳質量=(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；

（7）設碳酸鎂質量為y，

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

MgCO3MgO+CO2↑，

84 44

y 2.2g

y=4.2g，

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