Question

【題目】白云石粉是生產(chǎn)高級玻璃器皿、醫(yī)藥用瓶、光學玻璃的原料，某興趣小組進行探究。

【查閱資料】白云石屬于碳酸鹽礦物，主要成分的化學式可表示為：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

【實驗分析】

（1）過濾操作中用到的玻璃儀器有玻璃棒、燒杯、_________。

（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________（填離子符號）。

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

【結(jié) 論】白云石由碳酸鈣、碳酸鎂組成。

【實驗質(zhì)疑】因氫氧化鈣微溶于水，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(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，該小組設(shè)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30.0g 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；

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，準確稱量B、C、D、E裝置的質(zhì)量。

實驗數(shù)據(jù)記錄如表：

【實驗分析和數(shù)據(jù)處理】

（4）裝置D的作用是_____________；

（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_________。

（6）計算白云石中鈣元素的質(zhì)量分數(shù)（寫出計算過程）：___________。

（7）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）。

（8）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，將會導致x：y的值________ （填偏大、偏小或不變）。

Answer 1

【答案】 漏斗 CO32- MgCl2+2NaOH == Mg(OH)2↓+2NaCl 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)的二氧化碳氣體全部被C裝置吸收（其它合理描述均得分） 13.3% 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，則完全分解 2:1 【答題空10】偏大

【解析】本題在探究白云石成分的情境下考查了碳酸根離子的檢驗，鹽與堿的反應(yīng)，實驗數(shù)據(jù)的分析，根據(jù)化學方程式進行計算并進行分析，綜合性較強。

（1）過濾操作中用到的玻璃儀器有玻璃棒、燒杯、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CO32﹣；

（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；

（4）裝置D的作用中的濃硫酸能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)的二氧化碳氣體全部被C裝置吸收；

（6）設(shè)碳酸鈣的質(zhì)量為x，

碳酸鈣分解生成二氧化碳質(zhì)量是(212.6-208.4)g+(150.6-15.04)g=4.4g，

CaCO3CaO+CO2↑，

100 44

x 4.4g

=，

x=10g，

10g碳酸鈣中鈣元素的質(zhì)量＝10×100%＝4g

ω（Ca）═4g/30g═13.3%

答：白云石中鈣元素的質(zhì)量分數(shù)為13.3%．

（7）反應(yīng)后的固體中沒有碳酸鈣和碳酸鎂，說明已完全分解，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）設(shè)碳酸鎂質(zhì)量為y，

碳酸鎂分解生成二氧化碳的質(zhì)量是（208.4-2000）g+（150.4-150）g=8.8g，

MgCO3MgO+CO2↑，

84 44

y 8.8g

=，

y=16.8g，

根據(jù)題意有： = x：y=2：1

若加熱前沒有鼓入一段時間的氮氣，空氣中的二氧化碳，導致碳酸鎂分解生成的二氧化碳質(zhì)量偏大，從而會導致x：y的值偏大。