Question

9．某石灰石樣品中碳酸鈣的純度為80%（樣品中的雜質(zhì)與稀鹽酸不反應(yīng)），甲、乙兩個興趣小組同學(xué)設(shè)計如圖1圖2兩個實驗進行驗證．
【查閱資料】無水CaCl₂可作干燥劑
【進行實驗】
實驗均取10.0g石灰石樣品（質(zhì)地、含量均相同）和等體積、等濃度的稀鹽酸．
實驗1：甲小組同學(xué)設(shè)計的操作步驟如下：①讀取反應(yīng)前電子天平的示數(shù)（139.20g）②將過量的稀鹽酸全部倒入燒杯中③待反應(yīng)停止后，立即讀取電子天平的示數(shù)（135.46g），該樣品中碳酸鈣的純度為85%
實驗2：乙小組同學(xué)認為甲組的設(shè)計存在不足，經(jīng)過共同討論，設(shè)計如下操作步驟：
①在氣密性良好的裝置中裝入藥品
②稱量反應(yīng)前燒杯和燒杯中液體的質(zhì)量（140.0g）
③迅速加入過量的稀鹽酸
④待反應(yīng)停止后，立即稱量燒杯和燒杯中液體的質(zhì)量（142.2g）
該石灰石樣品中碳酸鈣的純度為50%

【解釋與結(jié)論】
（1）實驗1中，判斷反應(yīng)停止的依據(jù)是不再有氣泡產(chǎn)生
（2）實驗2中測得的樣品純度與實際值80%有誤差的原因可能是BC（填序號）．
A．碳酸鈣沒有完全反應(yīng)       B．排出的CO₂沒有完全被NaOH溶液吸收
C．反應(yīng)容器中CO₂有殘留     D．NaOH溶液吸收了空氣中的CO₂
【反思與改進】
為提高測量結(jié)果的準確性，對實驗1裝置進行改進（如圖3所示），測得樣品純度的平均值為80.3%．
（1）反應(yīng)前后，兩次稱量整個裝置及藥品的總質(zhì)量．在第二次稱量前，應(yīng)該進行的操作是從a口通入入空氣一段時間．
（2）裝置中的“無水CaCl₂”能提高測量結(jié)果的準確性，其原因是可以防止瓶中的水蒸氣逸出．
【綜合計算】丙小組同學(xué)取上述品質(zhì)相同的石灰樣品10克，加入鹽酸與產(chǎn)生二氧化碳的關(guān)系如圖，求該稀鹽酸的質(zhì)量分數(shù)（寫出計算過程）

Answer 1

分析 【進行實驗】實驗1、由于碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)生成了二氧化碳氣體，混合物減少的質(zhì)量就是生成的二氧化碳的質(zhì)量，根據(jù)二氧化碳的質(zhì)量求出碳酸鈣的質(zhì)量，再求出樣品中碳酸鈣的純度．
實驗2、由于二氧化碳與氫氧化鈣反應(yīng)生成了碳酸鈉和水，溶液增加的質(zhì)量就是生成的二氧化碳，根據(jù)二氧化碳的質(zhì)量求出碳酸鈣的質(zhì)量，再求出樣品中碳酸鈣的純度．
【解釋與結(jié)論】
（1）實驗1、根據(jù)碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)有二氧化碳氣體生成分析判斷；
（2）實驗2、根據(jù)實驗的過程、二氧化碳、氫氧化鈉的性質(zhì)分析判斷；
【反思與改進】
（1）根據(jù)裝置中有殘留的二氧化碳分析操作；
（2）根據(jù)無水CaCl₂能吸收水分分析．
【綜合計算】根據(jù)實驗的過程分析，第一次50g鹽酸與5g碳酸鈣完全反應(yīng)，第二次50g鹽酸只反應(yīng)了3g碳酸鈣，第二次50g鹽酸是過量的，根據(jù)碳酸鈣的質(zhì)量可求出50g的鹽酸中溶質(zhì)的質(zhì)量，再求出該稀鹽酸的質(zhì)量分數(shù)．

解答 解：【進行實驗】實驗1、設(shè)碳酸鈣的質(zhì)量為x
生成的二氧化碳的質(zhì)量為：139.20g-135.46g=3.74g
2HCl+CaCO₃=CaCl₂+H₂O+CO₂↑ 
      100            44
       x            3.74g
$\frac{100}{44}=\frac{x}{3.74g}$   解得：x=8.5g
樣品中碳酸鈣的純度為：$\frac{8.5g}{10g}×100%$=85%
實驗2、設(shè)碳酸鈣的質(zhì)量為y
生成的二氧化碳的質(zhì)量為：142.2g-140.0g=2.2g
2HCl+CaCO₃=CaCl₂+H₂O+CO₂↑ 
      100            44
       y             2.2g
$\frac{100}{44}=\frac{y}{2.2g}$    解得：x=5g
樣品中碳酸鈣的純度為：$\frac{5g}{10g}×100%$=50%
【解釋與結(jié)論】
（1）由于碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)有二氧化碳氣體生成，所以實驗1中，判斷反應(yīng)停止的依據(jù)是不再有氣泡產(chǎn)生．
（2）A．由實驗的過程可知，加入的鹽酸是過量的碳酸鈣完全反應(yīng)，故A錯誤；
B．排出的CO₂沒有完全被NaOH溶液吸收，會使計算的結(jié)果偏小，故B正確；
C．反應(yīng)容器中CO₂有殘留，會使計算的結(jié)果偏小，故C正確；
D．NaOH溶液吸收了空氣中的CO₂，會使計算的結(jié)果偏大，故D錯誤．
【反思與改進】
（1）由于裝置內(nèi)有殘留的二氧化碳氣體，在第二次稱量前，應(yīng)該進行的操作是從a口通入入空氣一段時間．
（2）由于二氧化碳中有混入的水蒸氣，所以裝置中的“無水CaCl₂”能提高測量結(jié)果的準確性，其原因是可以防止瓶中的水蒸氣逸出．
【綜合計算】
由題意知，第一次50g鹽酸與5g碳酸鈣完全反應(yīng)，第二次50g鹽酸只反應(yīng)了3g碳酸鈣，第二次50g鹽酸是過量的．
設(shè)參加反應(yīng)的HCl質(zhì)量為z，消耗碳酸鈣質(zhì)量為10g-5g=5g
2HCl+CaCO₃=CaCl₂+H₂O+CO₂↑ 
73   100
z    5g
$\frac{73}{100}=\frac{z}{5g}$   解得：z=3.65g        
鹽酸的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為：$\frac{3.65g}{50g}$×100%=7.3%
故答為：實驗1：85%；實驗2：50%；
【解釋與結(jié)論】（1）不再有氣泡產(chǎn)生；（2）BC；
【反思與改進】（1）從a口通入入空氣一段時間；（2）可以防止瓶中的水蒸汽逸出；
【綜合計算】該稀鹽酸的質(zhì)量分數(shù)7.3%．

點評 解答本題的關(guān)鍵是根據(jù)質(zhì)量守恒定律分析判斷出生成二氧化碳的質(zhì)量，根據(jù)二氧化碳的質(zhì)量再計算碳酸鈣的質(zhì)量即可．