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【题目】碳酸镁水合物是制备镁产品的中间体。

【制取MgCO3·3H2O】工业上从弱碱性卤水(主要成分为MgCl2)中获取MgCO3·3H2O的方法如下:

图1 获取MgCO3·3H2O的工艺流程

图2 沉淀过程的pH变化 图3 不同温度下溶液中镁离子含量随时间的变化

(1)沉淀过程的化学方程式为:

MgCl2+CO2+2NaOH+2H2OMgCO3·3H2O↓+2_________

(2)沉淀过程的pH随时间的变化如图2所示,沉淀过程的操作为_______(填字母)。

a. 向卤水中滴加NaOH溶液,同时通入CO2

b. 向NaOH溶液中滴加卤水,同时通入CO2

c. 向卤水中通入CO2至饱和,然后滴加NaOH溶液,同时继续通入CO2

d. 向NaOH溶液中通入CO2至饱和,然后滴加卤水,同时继续通入CO2

(3)沉淀过程的溶液中镁离子含量随时间的变化如图3所示,不同温度下所得到沉淀产物如表所示。

不同反应温度下的水合碳酸镁

温度(℃)

产物

46.95

MgCO3·3H2O

47.95

MgCO3·3H2O

48.95

MgCO3·3H2O

49.95

Mg5(OH)2(CO3)4·4H2O

则沉淀过程选择的温度为_________,理由是_________

【测定MgCO3·3H2O的纯度】

利用下图所示装置(图中夹持仪器略去)进行实验,以确定MgCO3·3H2O的纯度。

依据实验过程回答下列问题:

(1)实验过程中需持续缓缓通入空气,其作用除了可搅拌B、C中的反应物外,还有_________

(2)C中反应生成CaCO3的化学方程式为___________;D中碱石灰的作用为___________

(3)下列各项措施中,不能提高测定准确度的是___________(填标号)。

a.在加入硫酸之前,应排净装置内的CO2气体

b.为了缩短实验时间,快速滴加硫酸

c.在A~B之间增添盛有浓硫酸的洗气装置

d.在C装置左侧导管末端增添多孔球泡

(4)实验中准确称取15.0 g样品三份,进行三次测定,测得中生成CaCO3沉淀的平均质量为10.0 g。请计算样品中MgCO3·3H2O的纯度(写出计算过程)。 ______________________

(5)小明认为应将澄清石灰水换成Ba(OH)2溶液,其理由除了Ba(OH)2溶解度大,浓度大,使CO2被吸收的更完全外,还有___________

(6)若获取MgCO3·3H2O的样品中含有少量Mg5(OH)2(CO3)4·4H2O,则产品中镁元素的质量分数_______(填“偏大”“不变”或“偏小”,下同),样品中MgCO3·3H2O的纯度_______

【答案】 NaCl c 48.95℃ 此温度下,Mg2+沉淀的速率较快,沉淀效率较高,且不会生成其它沉淀 把生成的CO2全部排入C中,使之完全被Ca(OH)2溶液吸收 Ca(OH)2+CO2===CaCO3↓+H2O 防止空气中的CO2进入C干扰实验 bc 92.0% 因BaCO3的相对分子质量比CaCO3大,等质量的MgCO3·3H2O生成的BaCO3质量远大于CaCO3,实验时相对误差小 偏大 偏大

【解析】 (1). 据质量守恒定律反应前后原子的种类个数不变可得方程式为MgCl2+CO2+2NaOH+2H2OMgCO3·3H2O↓+2NaCl (2). 由图可知,沉淀过程的pH随时间的变化是先变小至小于7,后变大至大于7,所以操作是向卤水中通入CO2至饱和,由于生成碳酸,溶液显酸性,pH小于7,然后滴加NaOH溶液,同时继续通入CO2,生成碳酸钠,溶液呈碱性。

(3). 沉淀过程选择的温度为48.95℃理由是 此温度下,Mg2+沉淀的速率较快,沉淀效率较高,且不会生成其它沉淀 (5). 实验过程中需持续缓缓通入空气,其作用除了可搅拌B、C中的反应物外,还有把生成的CO2全部排入C中,使之完全被Ca(OH)2溶液吸收否则装置内剩余二氧化碳不被吸收导致测定结果偏小, (6). 石灰水的溶质氢氧化钙和二氧化碳反应生成碳酸钙沉淀和水反应方程式为Ca(OH)2+CO2===CaCO3↓+H2O (7). D中碱石灰的作用为防止空气中的CO2进入C干扰实验,使测定结果偏大。 (8). 快速滴加硫酸,使生成二氧化碳的速率太快,不能被充分吸收;在A~B之间增添盛有浓硫酸的洗气装置不能提高测定的准确性,因为氢氧化钙不吸收水。 (9). MgCO3·3H2O+ H2SO4= MgSO4+ CO2+4H2O;CO2 + Ca(OH)2 == CaCO3↓+ H2O;可得关系式为MgCO3·3H2O~ CO2~ CaCO3↓,设样品中MgCO3·3H2O的质量为x, MgCO3·3H2O~ CaCO3↓,

138 100

x 10.0g

138/x=100/10.0g x=13.8g 样品中MgCO3·3H2O的纯度 13.8g÷15g×100%=92.0% (10). 因BaCO3的相对分子质量比CaCO3大,等质量的MgCO3·3H2O生成的BaCO3质量远大于CaCO3,实验时相对误差小 (11). ,若获取MgCO3·3H2O的样品中含有少量Mg5(OH)2(CO3)4·4H2O,则产品中镁元素的质量分数偏大,因为MgCO3·3H2O中镁元素的质量分数=24÷138×100%;Mg5(OH)2(CO3)4·4H2O镁元素的质量分数=(24×5)÷458×100%;同质量的Mg5(OH)2(CO3)4·4H2O比MgCO3·3H2O生成的碳酸钙沉淀多,,所以计算的纯度偏大.

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反应前

反应后

实验数据

烧杯和过氧化氢溶液的质量/g

硫酸铜溶液的质量/g

烧杯和烧杯中溶液的质量/g

60

3.3

62.5

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FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+(NH4)2SO4+H2O+CO2

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B. 滤液中的溶质只有( NH4)2 SO4

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