Question

9．確定反應的化學方程式和制得的MgO的純度，稱量MgSO₄10.0g，放置于石英管中，按右圖連接裝置進行試驗．試驗步驟如下：
①向裝置中先通一段時間CO，然后開始加熱．
②加熱一段時間，停止加熱，繼續(xù)通CO至石英管冷卻至室溫；稱量石英管中剩余固體質量為3.6g（經(jīng)分析可知固體中含有MgO和MgSO₄）．
③向洗氣瓶A中的溶液中加入足量BaCl₂溶液至不再產生沉淀；經(jīng)過濾、洗滌、干燥，稱量沉淀質量為29.5g．
④向上述沉淀中加入足量稀鹽酸至沉淀不再溶解，經(jīng)過濾、洗滌、干燥，稱量剩余沉淀質量為4.66g．
⑤依據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)，可計算出產物中SO₃和CO₂的體積比為1：3
（1）上述裝置有明顯缺陷，請指出無尾氣收集或處理裝置．
（2）步驟③中生成的沉淀為BaSO₄、BaCO₃、BaSO₃，．
（3）步驟④中洗滌沉淀的方法是取沉淀放在過濾器中，加入蒸餾水浸沒沉淀待水自然流下，重復2-3次洗滌干凈．
（4）根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)，寫出CO還原MgSO₄的化學方程式4MgSO₄+3CO $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SO₃+3CO₂+3SO₂+4MgO．
（5）根據(jù)上述數(shù)據(jù)計算石英管中制得的MgO純度為88.9%（保留至0.1%）

Answer 1

分析 ①向裝置中先通一段時間CO，然后開始加熱．
②加熱一段時間，停止加熱，繼續(xù)通CO至石英管冷卻至室溫；稱量石英管中剩余固體質量為3.6g（經(jīng)分析可知固體中含有MgO和MgSO₄）．
③向洗氣瓶A中的溶液中加入足量BaCl₂溶液至不再產生沉淀；經(jīng)過濾、洗滌、干燥，稱量沉淀質量為29.5g．
④向上述沉淀中加入足量稀鹽酸至沉淀不再溶解，經(jīng)過濾、洗滌、干燥，稱量剩余沉淀質量為4.66g．判斷沉淀為BaSO₄，物質的量n（BaSO₄）=$\frac{4.66g}{233g/mol}$
=0.02mol，
⑤依據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)，可計算出產物中SO₃和CO₂的體積比為1：3，一氧化碳還原硫酸鎂生成產物有MgO、SO₃、CO₂，依據(jù)氧化還原反應可知，則一定有元素化合價降低的硫元素，生成產物中含有SO₂，
所以③生成沉淀為BaSO₄、BaCO₃、BaSO₃，其中n（SO₃）=n（BaSO₄）=0.02mol，n（CO₂）=n（BaCO₃）=0.06mol，
m（BaCO₃）=0.06mol×197g/mol=11.82g，
m（BaSO₃）=29.5g-4.66g-11.82g=13.02g
n（BaSO₃）=$\frac{13.02g}{217g/mol}$=0.06mol，據(jù)此計算回答問題，
（1）裝置中無尾氣收集或處理裝置；
（2）上述分析可知步驟③中生成的沉淀硫酸鋇、碳酸鋇、亞硫酸鋇；
（3）洗滌沉淀方法是在過濾器中加入水浸沒沉淀待水自然流下，重復2-3次；
（4）依據(jù)上述計算和原子守恒、氣體物質的量配平書寫化學方程式；
（5）依據(jù)化學方程式計算生成的氧化鎂物質的量得到氧化鎂質量，純度=$\frac{氧化鎂質量}{3.6g}$×100%．

解答 解：實驗步驟④向上述沉淀中加入足量稀鹽酸至沉淀不再溶解，經(jīng)過濾、洗滌、干燥，稱量剩余沉淀質量為4.66g．判斷沉淀為BaSO₄，物質的量n（BaSO₄）=$\frac{4.66g}{233g/mol}$
=0.02mol，
依據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)，可計算出產物中SO₃和CO₂的體積比為1：3，則一氧化碳還原硫酸鎂生成產物有MgO、SO₃、CO₂，依據(jù)氧化還原反應可知，碳元素化合價升高，則一定有元素化合價降低的硫元素，生成產物中含有SO₂，一氧化碳還原硫酸鎂生成二氧化硫、三氧化硫、二氧化碳、氧化鎂，
所以步驟③中生成沉淀為BaSO₄、BaCO₃、BaSO₃，
其中n（SO₃）=n（BaSO₄）=0.02mol，
n（CO₂）=n（BaCO₃）=0.06mol，
m（BaCO₃）=0.06mol×197g/mol=11.82g，
m（BaSO₃）=29.5g-4.66g-11.82g=13.02g
n（SO₂）=n（BaSO₃）=$\frac{13.02g}{217g/mol}$=0.06mol，據(jù)此計算回答問題，
（1）一氧化碳是有毒氣體不能直接排放，上述裝置有明顯缺陷，無尾氣收集或處理裝置，故答案為：無尾氣收集或處理裝置；
（2）上述分析可知步驟③中生成的沉淀硫酸鋇、碳酸鋇、亞硫酸鋇，化學式為：BaSO₄、BaCO₃、BaSO₃，故答案為：BaSO₄、BaCO₃、BaSO₃；
（3）洗滌沉淀方法是：取沉淀放在過濾器中，加入蒸餾水浸沒沉淀待水自然流下，重復2-3次洗滌干凈，
故答案為：取沉淀放在過濾器中，加入蒸餾水浸沒沉淀待水自然流下，重復2-3次洗滌干凈；
（4）依據(jù)上述計算和原子守恒、氣體物質的量，n（SO₃）：n（CO₂）：n（SO₂）=1：3：3，CO還原MgSO₄的化學方程式為：4MgSO₄+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SO₃+3CO₂+3SO₂+4MgO，
故答案為：4MgSO₄+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SO₃+3CO₂+3SO₂+4MgO；
（5）依據(jù)化學方程式計算，4MgSO₄+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SO₃+3CO₂+3SO₂+4MgO，生成三氧化硫物質的量為0.02mol，
生成的氧化鎂物質的量n（MgO）=0.08mol，
得到氧化鎂純度=$\frac{氧化鎂質量}{3.6g}$×100%=$\frac{0.08mol×40g/mol}{3.6g}$×100%=88.9%，
故答案為：88.9%．

點評 本題考查了物質組成實驗探究、反應產物的計算判斷、氧化還原反應單質守恒和元素守恒等知識點，主要是反應產物的分析判斷，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．