Question

9．确定反应的化学方程式和制得的MgO的纯度，称量MgSO₄10.0g，放置于石英管中，按右图连接装置进行试验．试验步骤如下：
①向装置中先通一段时间CO，然后开始加热．
②加热一段时间，停止加热，继续通CO至石英管冷却至室温；称量石英管中剩余固体质量为3.6g（经分析可知固体中含有MgO和MgSO₄）．
③向洗气瓶A中的溶液中加入足量BaCl₂溶液至不再产生沉淀；经过滤、洗涤、干燥，称量沉淀质量为29.5g．
④向上述沉淀中加入足量稀盐酸至沉淀不再溶解，经过滤、洗涤、干燥，称量剩余沉淀质量为4.66g．
⑤依据上述实验数据，可计算出产物中SO₃和CO₂的体积比为1：3
（1）上述装置有明显缺陷，请指出无尾气收集或处理装置．
（2）步骤③中生成的沉淀为BaSO₄、BaCO₃、BaSO₃，．
（3）步骤④中洗涤沉淀的方法是取沉淀放在过滤器中，加入蒸馏水浸没沉淀待水自然流下，重复2-3次洗涤干净．
（4）根据上述实验数据，写出CO还原MgSO₄的化学方程式4MgSO₄+3CO $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SO₃+3CO₂+3SO₂+4MgO．
（5）根据上述数据计算石英管中制得的MgO纯度为88.9%（保留至0.1%）

Answer 1

分析 ①向装置中先通一段时间CO，然后开始加热．
②加热一段时间，停止加热，继续通CO至石英管冷却至室温；称量石英管中剩余固体质量为3.6g（经分析可知固体中含有MgO和MgSO₄）．
③向洗气瓶A中的溶液中加入足量BaCl₂溶液至不再产生沉淀；经过滤、洗涤、干燥，称量沉淀质量为29.5g．
④向上述沉淀中加入足量稀盐酸至沉淀不再溶解，经过滤、洗涤、干燥，称量剩余沉淀质量为4.66g．判断沉淀为BaSO₄，物质的量n（BaSO₄）=$\frac{4.66g}{233g/mol}$
=0.02mol，
⑤依据上述实验数据，可计算出产物中SO₃和CO₂的体积比为1：3，一氧化碳还原硫酸镁生成产物有MgO、SO₃、CO₂，依据氧化还原反应可知，则一定有元素化合价降低的硫元素，生成产物中含有SO₂，
所以③生成沉淀为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，据此计算回答问题，
（1）装置中无尾气收集或处理装置；
（2）上述分析可知步骤③中生成的沉淀硫酸钡、碳酸钡、亚硫酸钡；
（3）洗涤沉淀方法是在过滤器中加入水浸没沉淀待水自然流下，重复2-3次；
（4）依据上述计算和原子守恒、气体物质的量配平书写化学方程式；
（5）依据化学方程式计算生成的氧化镁物质的量得到氧化镁质量，纯度=$\frac{氧化镁质量}{3.6g}$×100%．

解答 解：实验步骤④向上述沉淀中加入足量稀盐酸至沉淀不再溶解，经过滤、洗涤、干燥，称量剩余沉淀质量为4.66g．判断沉淀为BaSO₄，物质的量n（BaSO₄）=$\frac{4.66g}{233g/mol}$
=0.02mol，
依据上述实验数据，可计算出产物中SO₃和CO₂的体积比为1：3，则一氧化碳还原硫酸镁生成产物有MgO、SO₃、CO₂，依据氧化还原反应可知，碳元素化合价升高，则一定有元素化合价降低的硫元素，生成产物中含有SO₂，一氧化碳还原硫酸镁生成二氧化硫、三氧化硫、二氧化碳、氧化镁，
所以步骤③中生成沉淀为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，据此计算回答问题，
（1）一氧化碳是有毒气体不能直接排放，上述装置有明显缺陷，无尾气收集或处理装置，故答案为：无尾气收集或处理装置；
（2）上述分析可知步骤③中生成的沉淀硫酸钡、碳酸钡、亚硫酸钡，化学式为：BaSO₄、BaCO₃、BaSO₃，故答案为：BaSO₄、BaCO₃、BaSO₃；
（3）洗涤沉淀方法是：取沉淀放在过滤器中，加入蒸馏水浸没沉淀待水自然流下，重复2-3次洗涤干净，
故答案为：取沉淀放在过滤器中，加入蒸馏水浸没沉淀待水自然流下，重复2-3次洗涤干净；
（4）依据上述计算和原子守恒、气体物质的量，n（SO₃）：n（CO₂）：n（SO₂）=1：3：3，CO还原MgSO₄的化学方程式为：4MgSO₄+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SO₃+3CO₂+3SO₂+4MgO，
故答案为：4MgSO₄+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SO₃+3CO₂+3SO₂+4MgO；
（5）依据化学方程式计算，4MgSO₄+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SO₃+3CO₂+3SO₂+4MgO，生成三氧化硫物质的量为0.02mol，
生成的氧化镁物质的量n（MgO）=0.08mol，
得到氧化镁纯度=$\frac{氧化镁质量}{3.6g}$×100%=$\frac{0.08mol×40g/mol}{3.6g}$×100%=88.9%，
故答案为：88.9%．

点评 本题考查了物质组成实验探究、反应产物的计算判断、氧化还原反应单质守恒和元素守恒等知识点，主要是反应产物的分析判断，掌握基础是解题关键，题目难度中等．