Question

14．牙膏摩擦劑的類型很多，如CaCO₃，SiO₂或它們的混合物．某興趣小組對牙膏摩擦劑的成分進行了如下探究．
【提出問題1】某品牌牙膏中是否含有CaCO₃？
【查閱資料】
①CO₂+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+H₂O，二氧化硅不與稀鹽酸反應．
②堿石灰是氫氧化鈉固體和氧化鈣固體的混合物
【實驗方案】
①取少量牙膏于試管中，加入適量的稀鹽酸，出現氣泡．寫出該反應的化學方程式CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；將氣體通入澄清石灰水，石灰水變渾濁，證明牙膏摩擦劑中含有CaCO₃．寫出該反應方程式Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O．
②取實驗①中的溶液，加入碳酸鉀溶液，生成白色沉淀，請寫出該反應的化學方程式K₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2KCl；
【提出問題2】該牙膏中CaCO₃的質量分數是多少？
【實驗原理】測定D裝置中生成的BaCO₃沉淀的質量，通過計算確定牙膏中CaCO₃的質量分數．
【實驗裝置】如圖

【實驗步驟】
①按如圖連接好裝置后，發(fā)現一處明顯的錯誤，改正為D中導管應“長進短出”．
②重新連接好裝置，并檢查裝置的氣密性；
③在B裝置中加入牙膏樣品8.00g；
④關閉K₁，打開K₂，向牙膏樣品中滴入10%的鹽酸，至B中無氣泡產生時停止滴加鹽酸；（不考慮鹽酸的揮發(fā)性）
 ⑤關閉K₂，打開K₁，持續(xù)緩緩通入空氣，至D中不再產生沉淀；
 ⑥將D裝置中的固液混合物過濾、洗滌、烘干后稱量其質量．實驗數據如圖（已知此品牌牙膏中的其他成分不和鹽酸反應，裝置內試劑均足量．）

【實驗分析及數據處理】
（1）實驗過程中需持續(xù)緩緩通入空氣，其作用有將產生的二氧化碳氣體全部趕入D中．
（2）從D中過濾出白色沉淀所需的玻璃儀器有燒杯、過濾  和玻璃棒；
（3）A裝置的作用是除去鼓入空氣中的二氧化碳．
（4）C裝置的作用是吸收水蒸汽，干燥氣體．
（5）E裝置的作用是吸收空氣中的二氧化碳干擾，防止干擾實驗測定．
（6）據上面數據，計算該牙膏樣品中碳酸鈣的質量分數是多少？（寫出計算過程）

Answer 1

分析 【實驗方案】依據反應原理書寫方程式；
【實驗步驟】①洗氣裝置中導管應長進短出；
②實驗前應檢查裝置的氣密性，防止裝置漏氣；
【實驗分析及數據處理】
（1）實驗中要將生成的二氧化碳全部代入D裝置吸收；
（2）根據過濾需要玻璃儀器進行分析；
（3）A裝置的作用是吸收空氣中的二氧化碳，防止測量結果不準確；
（4）根據濃硫酸的作用分析；
（5）E裝置的作用是吸收空氣中的二氧化碳，防止測量結果不準確；
（3）依據所測生成沉淀數據的平均值，計算反應的二氧化碳的質量，并進而計算參加反應的碳酸鈣的質量．

解答 解：【實驗方案】①取少量牙膏于試管中，加入過量稀鹽酸，出現氣泡，將氣體通入澄清石灰水中，石灰水變渾濁，說明生成二氧化碳，從而證明摩擦劑中含有碳酸鈣，有關化學方程式為：CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O．
②實驗①中的溶液中含有氯離子，加入碳酸鉀溶液，生成白色沉淀-碳酸鈣，說明該溶液中含有鈣離子，反應的化學方程式是K₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2KCl；
【實驗步驟】①D的作用是吸收反應生成的二氧化碳，裝置中導管應長進短出；
②實驗前應檢查裝置的氣密性，防止裝置漏氣；
【實驗分析及數據處理】
（1）實驗中要將生成的二氧化碳全部代入D裝置吸收，實驗過程中需持續(xù)緩緩通入空氣；
（2）從C中過濾出BaCO₃沉淀所需的玻璃儀器有燒杯、漏斗和玻璃棒；
（3）A裝置的作用是吸收空氣中的二氧化碳，若沒有該裝置，則進入C的氣體還有空氣中的二氧化碳，使測量結果偏大；
（4）濃硫酸具有很強的吸水性，可以吸收水蒸汽，干燥氣體；
（5）E裝置的作用是吸收空氣中的二氧化碳，防止空氣中二氧化碳進入，使測量結果不準確；
（6）依據所測生成沉淀數據，計算反應的二氧化碳的質量，并進而計算牙膏中碳酸鈣的質量，計算過程如下；
解：根據數據得生成沉淀為3.94g，設參加反應的二氧化碳的質量為x
Ba（OH）₂+CO₂═BaCO₃↓+H₂O
                   44       197
                    x        3.94g
$\frac{44}{x}=\frac{197}{3.94g}$
 x=0.88g 
設碳酸鈣的質量為y
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                                     44
y                                      0.88g
$\frac{100}{y}=\frac{44}{0.88g}$
 y=2g
該牙膏樣品中碳酸鈣的質量分數=$\frac{2g}{8g}$×100%=25%．
故答案為：【實驗方案】①CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O；②K₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2KCl；
【實驗步驟】①D中導管應“長進短出”；
②檢查裝置的氣密性；
【實驗分析及數據處理】
（1）將產生的二氧化碳氣體全部趕入D中；（2）過濾；
（3）除去鼓入空氣中的二氧化碳；（4）吸收水蒸汽，干燥氣體；（5）吸收空氣中的二氧化碳干擾，防止干擾實驗測定；（6）25%．

點評 本題難度較大，屬于鹽的性質中實驗方法和過程的探究，根據物質的化學性質，要認真分析，不僅要把握實驗設計的每一個步驟中的實驗目的，裝置的用途等知識，還要對有關的計算準確，能考查學生綜合分析、解決問題的能力．