Question

16．化學(xué)小組對某牌牙膏中摩擦劑成分及其含量產(chǎn)生興趣，設(shè)計實驗進行探究．
【提出問題】摩擦劑中有哪些主要成分，它們的含量是多少？
【查閱資料】
①該牙膏摩擦劑由氫氧化鋁、碳酸鈣粉末組成．
②牙膏中其它成分遇到氫氧化鈉不溶解，遇到稀硫酸時無氣體生成．
③氫氧化鋁和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成溶于水升的偏鋁酸鈉[NaAlO₂]和水．
④偏鋁酸鈉和稀硫酸反應(yīng)生成氫氧化鋁．
⑤Ba（OH）₂+CO₂═BaCO₃↓+H₂O
【猜想與實驗】
實驗I：驗證中摩擦劑中含有氫氧化鋁．
同學(xué)們先在少量牙膏樣品中加入過量的氫氧化鈉溶液，靜置一段時間，取上層清液，再滴加稀硫酸至過量，此實驗過程中觀察到的現(xiàn)象為牙膏樣品中部分固體溶解，向上層清液中滴加稀硫酸時先有固體產(chǎn)生，后固體溶解，根據(jù)該現(xiàn)象可以判斷摩擦劑中含有氫氧化鋁．
實驗Ⅱ：驗證摩擦劑中含有碳酸鈣，并測定其含量．同學(xué)們設(shè)計了如圖所示裝置．

（1）實驗步驟：
①如圖所示連接好裝置，并檢驗裝置的氣密性；
②準(zhǔn)確稱取牙膏樣品的質(zhì)量8.00g，并在各儀器中加入相應(yīng)試劑；
③打開彈簧夾甲，緩緩?fù)ㄈ肟諝�，然后接上C和D；
④打開B的分液漏斗滴加稀硫酸反應(yīng)，同時再次持續(xù)緩緩?fù)ㄈ肟諝猓?br />⑤待B中不再產(chǎn)生氣體后停止滴加稀硫酸；
⑥將C中沉淀過濾、洗滌、干燥，得BaCO₃固體．
（2）數(shù)據(jù)處理：
實驗中準(zhǔn)確稱取8.00g樣品三份，進行三次測定，測得BaCO₃平均質(zhì)量為3.94g．則牙膏樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%．
【實驗反思】
（1）A中放NaOH溶液的作用是吸收空氣中的二氧化碳，防止干擾測定結(jié)果．
（2）實驗過程中需持續(xù)緩緩?fù)ㄈ肟諝猓�其作用除了可攪拌B、C中的反應(yīng)物外，還有使樣品與稀硫酸反應(yīng)生成的二氧化碳都吹入C中，全部與氫氧化鋇反應(yīng)生成碳酸鈣．
（3）有同學(xué)認(rèn)為不必測定裝置C中生成BaCO₃質(zhì)量，只要測定裝置C在吸收CO₂前后質(zhì)量差，一樣可以準(zhǔn)確測定碳酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)．請說明是否可以及理由不可以；這樣測得的結(jié)果會偏大，因為B中的水蒸氣、HCl氣體會進入裝置C中，測得的二氧化碳的質(zhì)量偏大，通過計算得到的碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會偏大．

Answer 1

分析 【猜想與實驗】
實驗I：氫氧化鈉和氫氧化鋁反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和水，再滴加稀硫酸至過量，稀硫酸和過量的氫氧化鈉反應(yīng)生成硫酸鈉和水，稀硫酸和偏鋁酸鈉反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，氫氧化鋁再和過量的稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁和水；
實驗II：有氣體參加的反應(yīng)，實驗裝置連接好后，要檢驗裝置的氣密性；
根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和化學(xué)方程式可以計算碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
【實驗反思】
氫氧化鈉溶液能夠吸收二氧化碳?xì)怏w，無論是稀鹽酸還是濃鹽酸，都具有揮發(fā)性，濃鹽酸揮發(fā)的快，稀鹽酸揮發(fā)的慢．

解答 解：【猜想與實驗】
實驗I：先在少量牙膏樣品中加入過量的氫氧化鈉溶液，靜置一段時間，取上層清液，再滴加稀硫酸至過量，實驗過程中可以觀察到：牙膏樣品中部分固體溶解，向上層清液中滴加稀硫酸時先有固體產(chǎn)生，后固體溶解．通過實驗現(xiàn)象可知，摩擦劑中含有氫氧化鋁，因為碳酸鈣不溶于氫氧化鈉溶液，溶解的是氫氧化鋁，再滴加稀硫酸至過量時，稀硫酸中和了過量的氫氧化鈉后，和偏鋁酸鈉反應(yīng)生成了氫氧化鋁沉淀，然后氫氧化鋁和過量的稀硫酸反應(yīng)生成了硫酸鋁和水，沉淀溶解．
故填：牙膏樣品中部分固體溶解，向上層清液中滴加稀硫酸時先有固體產(chǎn)生，后固體溶解．
實驗II：
（1）實驗步驟：
①連接好裝置后，應(yīng)該檢驗裝置的氣密性，因為有氣體參與反應(yīng)．
故填：檢驗裝置的氣密性；
（2）數(shù)據(jù)處理：
解：設(shè)碳酸鈣的質(zhì)量為x，
因為CaCO₃～CO₂，CO₂～BaCO₃，所以CaCO₃～BaCO₃，
CaCO₃～BaCO₃，
 100    197
  x    3.94g
$\frac{100}{x}=\frac{197}{3.94g}$
x=2g，
牙膏樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{2g}{8g}$×100%=25%，
故填：25%．
【實驗反思】
（1）A中放NaOH溶液的作用是吸收空氣中的二氧化碳，防止干擾測定結(jié)果．
故填：吸收空氣中的二氧化碳，防止干擾測定結(jié)果．
（2）實驗過程中持續(xù)緩緩?fù)ㄈ肟諝饪梢允箻悠放c稀硫酸反應(yīng)生成的二氧化碳都吹入C中，全部與氫氧化鋇反應(yīng)生成碳酸鈣．
故填：使樣品與稀硫酸反應(yīng)生成的二氧化碳都吹入C中，全部與氫氧化鋇反應(yīng)生成碳酸鈣．
（3）不可以；這樣測得的結(jié)果會偏大，因為B中的水蒸氣、HCl氣體會進入裝置C中，測得的二氧化碳的質(zhì)量偏大，通過計算得到的碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會偏大．
故填：不可以；這樣測得的結(jié)果會偏大，因為B中的水蒸氣、HCl氣體會進入裝置C中，測得的二氧化碳的質(zhì)量偏大，通過計算得到的碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會偏大．

點評 由CaCO₃+2HCI═CaCI₂+H₂O+CO₂↑，可以推出CaCO₃～CO₂，由Ba（OH）₂+CO₂═BaCO₃↓+H₂O，可以推出CO₂～BaCO₃，進一步可以推出CaCO₃～BaCO₃．