Question

某研究性學(xué)習(xí)小組為確定某堿式碳酸鎂樣品的組成，設(shè)計(jì)出了下圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置（圖中A至D的部分）．[已知堿式碳酸鎂Mg_x（OH）_y（CO₃）_z（x、y、z為正整數(shù)）加熱能分解生成氧化鎂、水和二氧化碳]

（1）按上圖（夾持儀器未畫出）組裝好實(shí)驗(yàn)裝置后，應(yīng)首先進(jìn)行的操作是______；A處干燥管盛放的藥品是______，其作用是______．
（2）指導(dǎo)老師在審閱設(shè)計(jì)方案后指出需要在E處進(jìn)行改進(jìn)，請(qǐng)你幫助該小組設(shè)計(jì)出改進(jìn)方案：______．
（3）加熱前需要進(jìn)行的必要操作是______，其目的是______；對(duì)活塞的操作方法是：打開活塞______，關(guān)閉活塞______．
（4）關(guān)閉活塞K₁、K₂，打開K₃，加熱一段時(shí)間后，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)C處洗氣瓶中幾乎沒有氣泡冒出，這是由于______．
（5）待B裝置中的反應(yīng)完全后，打開K₁，再緩緩鼓入空氣數(shù)分鐘，其目的是______．
（6）實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)如下：堿式碳酸鎂樣品22.6g；反應(yīng)前C裝置的質(zhì)量為87.6g，反應(yīng)后質(zhì)量為89.4g；反應(yīng)前D裝置的質(zhì)量為74.7g，反應(yīng)后質(zhì)量為83.5g．請(qǐng)計(jì)算推導(dǎo)該堿式碳酸鎂的化學(xué)式______，該堿式碳酸鎂受熱分解的化學(xué)方程式為______．

Answer 1

解：（1）由實(shí)驗(yàn)原理可知，實(shí)驗(yàn)需要通過測(cè)量D裝置內(nèi)堿石灰的增重，計(jì)算生成的二氧化碳的質(zhì)量，通過測(cè)量C裝置裝置，計(jì)算生成的水的質(zhì)量，故應(yīng)首先檢驗(yàn)裝置的氣密性．
裝置內(nèi)有空氣，含有水蒸氣和二氧化碳，影響水蒸氣和二氧化碳質(zhì)量的測(cè)定，實(shí)驗(yàn)前要通入空氣，趕走裝置中含有水蒸氣和二氧化碳，減少誤差，故A裝置應(yīng)吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳，A裝置內(nèi)可以選用堿石灰（或氧化鈣）．
故答案為：檢驗(yàn)裝置的氣密性；堿石灰（或氧化鈣）．
（2）D裝置中盛放的堿石灰容易吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳，應(yīng)在D裝置之后添加一個(gè)盛有堿石灰（或氧化鈣）的干燥管，防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進(jìn)入D裝置中，影響測(cè)量結(jié)果．
故答案為：添加一個(gè)盛有堿石灰（或氧化鈣）的干燥管．
（3）裝置內(nèi)有空氣，含有水蒸氣和二氧化碳，影響水蒸氣和二氧化碳質(zhì)量的測(cè)定，故實(shí)驗(yàn)前要通入空氣，趕走裝置中含有水蒸氣和二氧化碳，減少誤差．
活塞的操作方法是：打開活塞K₁、K₂，關(guān)閉活塞K₃．
故答案為：鼓入空氣；趕走裝置中含有水蒸氣和二氧化碳；K₁、K₂，K₃．
（4）關(guān)閉活塞K₁、K₂，打開K₃，加熱一段時(shí)間后，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)C處洗氣瓶中幾乎沒有氣泡冒出，說明堿式碳酸鎂分解完全，B裝置內(nèi)反應(yīng)結(jié)束．
故答案為：B裝置中的反應(yīng)已完全．
（5）B裝置中的反應(yīng)完全后，裝置中的殘留少量水蒸氣和二氧化碳，為減少誤差，應(yīng)全部趕到裝置C和D中．
故答案為：將反應(yīng)生成的殘留在裝置中的水蒸氣和二氧化碳全部趕到裝置C和D中．
（6）堿式碳酸鎂樣品22.6g，反應(yīng)前C裝置的質(zhì)量為87.6g，反應(yīng)后質(zhì)量為89.4g，故生成水的質(zhì)量為89.4g-87.6g=1.8g，物質(zhì)的量為=0.1mol；反應(yīng)前D裝置的質(zhì)量為74.7g，反應(yīng)后質(zhì)量為83.5g，生成二氧化碳的質(zhì)量為83.5g-74.7g=8.8g，物質(zhì)的量為=0.2mol，故氧化鎂的質(zhì)量為22.6g-1.8g-8.8g=12g，物質(zhì)的量為=0.3mol，根據(jù)Mg、H、C元素守恒可知，x：y：z=0.3mol：0.1mol×2：0.2mol=3：2：2，故堿式碳酸鎂的化學(xué)式為Mg₃（OH）₂（CO₃）₂；該堿式碳酸鎂受熱分解的化學(xué)方程式為Mg₃（OH）₂（CO₃）₂3MgO+2CO₂↑+H₂O．
故答案為：Mg₃（OH）₂（CO₃）₂；Mg₃（OH）₂（CO₃）₂3MgO+2CO₂↑+H₂O．
分析：（1）由實(shí)驗(yàn)原理可知，實(shí)驗(yàn)需要通過測(cè)量D裝置內(nèi)堿石灰的增重，計(jì)算生成的二氧化碳的質(zhì)量，通過測(cè)量C裝置裝置，計(jì)算生成的水的質(zhì)量，故應(yīng)首先檢驗(yàn)裝置的氣密性．
裝置內(nèi)有空氣，含有水蒸氣和二氧化碳，影響水蒸氣和二氧化碳質(zhì)量的測(cè)定，實(shí)驗(yàn)前要通入空氣，趕走裝置中含有水蒸氣和二氧化碳，減少誤差，故A裝置應(yīng)吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳．
（2）D裝置中盛放的堿石灰容易吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳，應(yīng)在D裝置之后添加一個(gè)盛有堿石灰（或氧化鈣）的干燥管，防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進(jìn)入D裝置中，影響測(cè)量結(jié)果．
（3）裝置內(nèi)有空氣，含有水蒸氣和二氧化碳，影響水蒸氣和二氧化碳質(zhì)量的測(cè)定，故實(shí)驗(yàn)前要通入空氣，趕走裝置中含有水蒸氣和二氧化碳，減少誤差．活塞的操作方法是：打開活塞K₁、K₂，關(guān)閉活塞K₃．
（4）關(guān)閉活塞K₁、K₂，打開K₃，加熱一段時(shí)間后，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)C處洗氣瓶中幾乎沒有氣泡冒出，說明堿式碳酸鎂分解完全，B裝置內(nèi)反應(yīng)結(jié)束．
（5）B裝置中的反應(yīng)完全后，裝置中的殘留少量水蒸氣和二氧化碳，為減少誤差，應(yīng)全部趕到裝置C和D中．
（6）堿式碳酸鎂樣品22.6g，反應(yīng)前C裝置的質(zhì)量為87.6g，反應(yīng)后質(zhì)量為89.4g，故生成水的質(zhì)量為89.4g-87.6g=1.8g；反應(yīng)前D裝置的質(zhì)量為74.7g，反應(yīng)后質(zhì)量為83.5g，生成二氧化碳的質(zhì)量為83.5g-74.7g=8.8g，故氧化鎂的質(zhì)量為22.6g-1.8g-8.8g=12g，計(jì)算各物質(zhì)的物質(zhì)的量，利用元素守恒計(jì)算堿式碳酸鎂中x、y、z，據(jù)此書寫堿式碳酸鎂化學(xué)式．
該堿式碳酸鎂加熱能分解生成氧化鎂、水和二氧化碳的物質(zhì)的量之比為3：1：2．
點(diǎn)評(píng)：考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理理解、方案設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)裝置的理解、物質(zhì)組成的測(cè)定等，難度中等，理解實(shí)驗(yàn)原理是解題的關(guān)鍵，是對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用，需要學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)與綜合運(yùn)用分析解決問題的能力．