Question

11．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】二氧化硅不與稀鹽酸反應(yīng)．
【實驗方案】①取少量牙膏于試管中，加入適量的稀鹽酸，出現(xiàn)氣泡，將氣體通入澄清石灰水，石灰水變渾濁，證明摩擦劑中含有CO₃^2-（填陰離子符號） 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(yīng)的化學方程式K₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2KCl．
【提出問題2】該牙膏中CaCO₃的質(zhì)量分數(shù)是多少？
【實驗裝置】

【實驗步驟】
（1）按如圖連接好裝置后，發(fā)現(xiàn)一處明顯的錯誤，改正為C中導管應(yīng)“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(guān)閉K₁，打開K₂，向牙膏樣品中滴入10%的鹽酸，至B中無氣泡產(chǎn)生時，停止滴加
鹽酸；
（5）打開K₁（填“打開”或“關(guān)閉”）、并關(guān)閉K₂，緩緩通入空氣； 至C中不再產(chǎn)生沉淀；
（6）將C裝置中的固液混合物過濾、洗滌、烘干后稱量其質(zhì)量．
實驗數(shù)據(jù)如圖2（已知此品牌牙膏中的其他成分不和鹽酸反應(yīng)，裝置內(nèi)試劑均足量．）

【實驗分析及數(shù)據(jù)處理】
（1）若沒有A裝置，則測定結(jié)果將偏大．（填“偏大”、“偏小”或“不變”）
（2）D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．
（3）據(jù)上面數(shù)據(jù)，計算該牙膏樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)是25%．
（ CO₂+Ba（OH）₂═BaCO₃↓+H₂O）

Answer 1

分析 【實驗方案】依據(jù)碳酸根離子的檢驗方法分析解答，并據(jù)反應(yīng)原理書寫方程式；
【實驗步驟】（1）洗氣裝置中導管應(yīng)長進短出；
（2）實驗前應(yīng)檢查裝置的氣密性，防止裝置漏氣；
（4）依據(jù)裝置設(shè)計原理和實驗目的分析解答；
（5）再次打開K₁，關(guān)閉K₂，緩緩通入一段時間空氣，使生成的二氧化碳充分反應(yīng)；
【實驗分析及數(shù)據(jù)處理】
（1）A裝置的作用是吸收空氣中的二氧化碳，防止測量結(jié)果不準確；
（2）D裝置的作用是吸收空氣中的二氧化碳，防止測量結(jié)果不準確；
（3）依據(jù)所測生成沉淀數(shù)據(jù)的平均值，計算反應(yīng)的二氧化碳的質(zhì)量，并進而計算參加反應(yīng)的碳酸鈣的質(zhì)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(xiàn)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根離子；
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(yīng)的化學方程式是K₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2KCl；
【實驗步驟】（1）C的作用是吸收反應(yīng)生成的二氧化碳，裝置中導管應(yīng)長進短出；
（2）實驗前應(yīng)檢查裝置的氣密性，防止裝置漏氣；
（4）關(guān)閉K₁，打開K₂，向牙膏樣品中滴入10%的鹽酸，至不再生成氣體，停止滴加鹽酸；
（5）再次打開K₁，關(guān)閉K₂，緩緩通入一段時間空氣，使生成的二氧化碳全部排出，充分反應(yīng)，至C中不再產(chǎn)生沉淀；
【實驗分析及數(shù)據(jù)處理】
（1）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(jié)果偏大；
（2）D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(jié)果不準確；
（3）依據(jù)所測生成沉淀數(shù)據(jù)，計算反應(yīng)的二氧化碳的質(zhì)量，并進而計算牙膏中碳酸鈣的質(zhì)量，計算過程如下；
解：根據(jù)數(shù)據(jù)得生成沉淀為3.94g，設(shè)參加反應(yīng)的二氧化碳的質(zhì)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(shè)碳酸鈣的質(zhì)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(zhì)量分數(shù)=$\frac{2g}{8g}$×100%=25%．
故答案為：【實驗方案】①CO₃^2-；②K₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2KCl；
【實驗步驟】（1）C中導管應(yīng)“長進短出”；
（2）檢查裝置的氣密性；
（5）打開K₁，關(guān)閉K₂；
【實驗分析及數(shù)據(jù)處理】
（1）偏大；（2）吸收空氣中的二氧化碳干擾，防止干擾實驗測定；（3）25%．

點評 本題難度較大，屬于鹽的性質(zhì)中實驗方法和過程的探究，根據(jù)物質(zhì)的化學性質(zhì)，要認真分析，不僅要把握實驗設(shè)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(guān)的計算準確，能考查學生綜合分析、解決問題的能力，計算牙膏中碳酸鈣的含量時，也可利用關(guān)系式法求解．