Question

硫酸镁在医疗上具有镇静、抗挛等功效．以菱镁矿（主要成分是MgCO₃）为主要原料制备硫酸镁的方法如下：

请回答下列问题：
（1）步骤②中发生反应的离子方程式为

 

．
（2）步骤④中调节pH=6.0～6.5的目的是

 

．
（3）对MgSO₄?7H₂O晶体直接加热

 

（填“能”或“不能”）得到无水MgSO₄固体．
（4）步骤⑤的操作为

 

（5）长时间加热MgCO₃悬浊液后生成Mg（OH）₂，该反应的化学方程式为

 

（6）已知酸碱指示剂百里酚蓝变色的pH范围如表所示：

pH	＜8.0	8.0～9.6	＞9.6
颜色	黄色	绿色	蓝色

25℃时，向Mg（OH）₂的饱和溶液中滴加2滴百里酚蓝指示剂，溶液所呈现的颜色为

 

[25℃时，Mg（OH）₂的溶度积Ksp=5.6×10^-12]．
（7）药品A是中和胃酸的常用药物，其有效成分是铝和镁的碱式碳酸盐．现进行如下实验确定其化学式：
实验一：取该碱式碳酸盐3.01g充分灼烧至恒重，测得固体质量减少了1.30g；
实验二：另取该碱式碳酸盐3.01g使其溶于足量的盐酸中，产生CO₂的体积为112mL（标准状况）；
实验三：向实验二的溶液中加入足量的NaOH溶液得到1.74g白色沉淀．
该药品的化学式为

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：（1）步骤②中发生反应的为硫酸铵和氧化镁反应生成氨气、硫酸镁和水；
（2）步骤④中将硫酸镁溶液蒸发、结晶时，调节pH为弱酸性，抑制镁离子的水解；
（3）将MgSO₄?7H₂O晶体直接加热，硫酸镁较稳定，结晶水脱去，硫酸镁可以稳定存在．
（4）根据温度较高时会导致MgSO₄?7H₂O中的结晶水失去分析操作方法；
（5）碳酸镁的溶解度小于氢氧化镁，长时间加热MgCO₃悬浊液后生成Mg（OH）₂和二氧化碳气体；
（6）Mg（OH）₂的饱和溶液中的溶度积计算饱和溶液中的氢氧根离子浓度，结合水溶液中离子积计算氢离子浓度计算pH，然后结合表中数据判断溶液所呈现的颜色；
（7）实验一中减少的是二氧化碳气体和水蒸气的质量，灼烧得到固体为氧化铝和氧化镁的混合物；
实验二中生CO₂的体积为112mL（标准状况），可以计算碳酸根离子的物质的量；
实验三中的1.74g白色沉淀为氢氧化镁沉淀，据此可计算出镁离子的物质的量，然后结合实验计算出3.01g该碱式盐中铝离子的物质的量；
再根据电荷守恒计算出碱式盐中含有的氢氧根离子的物质的量，最后根据质量守恒定律计算出碱式盐中含有水的物质的量，从而得出该碱式盐的化学式．

解答： 解：（1）步骤②中发生反应的为硫酸铵和氧化镁反应生成氨气、硫酸镁和水，反应的离子方程式为 2NH₄⁺+MgO

△   .

Mg²⁺+2NH₃↑+H₂O，
故答案为：2NH₄⁺+MgO

△   .

Mg²⁺+2NH₃↑+H₂O；
（2）步骤④中将硫酸镁溶液蒸发、结晶时，为了抑制镁离子的水解，调节pH为弱酸性，使镁离子的水解平衡逆向移动，得到纯净的硫酸镁晶体，
故答案为：抑制Mg²⁺水解，以便得到较纯的产品；
（3）将MgSO₄?7H₂O晶体直接加热会造成结晶水脱去，硫酸镁较稳定，可以稳定存在，
故答案为：能；
（4）MgSO₄?7H₂O在加热条件下容易失去结晶水，无法得到纯净的MgSO₄?7H₂O，所以从硫酸镁溶液中获得MgSO₄?7H₂O的方法为蒸发浓缩、冷却结晶，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；
（5）长时间加热MgCO₃悬浊液后生成Mg（OH）₂，实现了难溶物的转化，反应的化学方程式为：MgCO₃+H₂O

△   .

Mg（OH）₂+CO₂↑，
故答案为：MgCO₃+H₂O

△   .

Mg（OH）₂+CO₂↑；
（6）25℃时，Mg（OH）₂的溶度积K_sp=5.6×10^-12，根据反应Mg（OH）₂（s）?Mg²⁺+2OH^-可得：c（Mg²⁺）c²（OH^-）=5.6×10^-12，
设c（OH^-）=2c（Mg²⁺）=x，则：0.5x×x²=5.6×10^-12，
解得：x=2.24×10^-4mol/L，
c（H⁺）=

10-14

2，24×10-4

mol/L=4.5×10^-11mol/L，
溶液的pH=10.4＞9.6，所以溶液呈蓝色，
故答案为：蓝色；
（7）实验一：取该碱式盐3.01g充分灼烧至恒重，测得固体质量减少了1.30g：减少的是二氧化碳气体和水蒸气的质量，灼烧得到固体为氧化铝和氧化镁的混合物；
实验二：再取该碱式盐3.01g使其溶于足量的盐酸中，产生CO₂的体积为112mL（标准状况），可以计算碳元素物质的量；
实验三：向实验二的溶液中加入足量的NaOH溶液得到1.74g白色沉淀，此1.74g白色沉淀为氢氧化镁沉淀；
生成标况下112mL二氧化碳的物质的量为：n（CO₂）=

0.112L

22.4L/mol

=0.005mol，
3.01g碱式碳酸盐中，含：n（Mg²⁺）=n[Mg（OH）₂]=

1.74g

58g/mol

=0.03mol，
Al₂O₃和MgO质量为：3.01g-1.30g=1.71g，依据元素守恒计算得到：n（Al₂O₃）=

1.71g-40g/mol×0.03mol

102

=0.005mol，
3.01g该碱式盐中含有碳酸根离子的物质的量为：n（CO₃^2-）=n（CO₂）=0.005mol，
根据电荷守恒可得：n（OH^-）=2n（Mg²⁺）+3n（Al³⁺）-2n（CO₃^2-）=0.03mol×2+0.005mol×2×3-0.005mol×2=0.08mol，
3.01g碱式盐中含有的结晶水的物质的量为：n（H₂O）=

1.30g-0.08mol× 1 2 ×18g/mol-44g/mol×0.005mol

18g/mol

=0.02mol，
所以：n（Al³⁺）：n（Mg²⁺）：n（OH^-）：n（CO₃^2-）：n（H₂O）=0.01mol：0.03mol：0.08mol：0.005mol：0.02mol=2：6：16：1：4，
即碱式碳酸盐的化学式为：Al₂Mg₆（OH）₁₆CO₃?4H₂O，
故答案为：Al₂Mg₆（OH）₁₆CO₃?4H₂O．

点评：本题考查了硫酸钡的制备方法、复杂化学式的计算、化学实验操作方法的综合应用等知识，难度中等，试题涉及的知识点较多，全面考查了学生的分析、理解能力，（7）为难点、易错点，正确分析题中数据为解答关键，此小题充分考查了学生的化学计算能力．