Question

4．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；堿石灰主要成分為生石灰與氫氧化鈉．
【實驗方案】取少量牙膏于試管中，加入適量的稀鹽酸，出現氣泡，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-（填離子符號）；石灰水變渾濁的化學方程式為Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O．
【提出問題2】該牙膏中CaCO₃的質量分數是多少？
【實驗裝置】

【實驗步驟】
（1）按如圖連接好裝置后，并檢查裝置氣密性；
（2）在B裝置中加入牙膏樣品5.00g；
（3）打開K₁，關閉K₂，通入空氣一會兒；
（4）關閉K₁，打開K₂，向牙膏樣品中滴入質量分數為10%的鹽酸，直到不再產生氣泡時，停止滴加鹽酸；
（5）打開K₁，關閉K₂，再通入空氣一會兒，至C中不再產生沉淀；
（6）將C裝置中的固液混合物過濾、洗滌、烘干后稱量其質量為1.97g．
（已知此品牌牙膏中的其他成分不與鹽酸反應，裝置內試劑均足量且充分反應）
【實驗分析及數據處理】
（1）若無A裝置，直接通入空氣，測定結果將偏大（填“偏大”、“偏小”或“不變”）．
（2）D裝置的作用是防止空氣中的二氧化碳氣體進入C裝置中．
（3）根據上面數據計算出牙膏樣品中碳酸鈣的質量分數為20%．
【實驗反思】下列各項措施中，能提高CaCO₃的質量分數測定準確度的是C（填序號）．
A．在裝置B、C之間增加盛有飽和NaHCO₃溶液的洗氣瓶
B．在裝置A、B之間增加盛有濃硫酸的洗氣瓶
C．緩緩滴加稀鹽酸．

Answer 1

分析 【實驗方案】
碳酸根離子能和氫離子結合生成水和二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁；
【實驗步驟】
凡是有氣體參加或產生的實驗，實驗前一定要檢查裝置的氣密性，以防裝置漏氣影響實驗結果；
【實驗分析及數據處理】
氫氧化鈉溶液能夠吸收空氣中的二氧化碳；
堿石灰能夠吸收水蒸氣和二氧化碳；
碳酸鈣和稀鹽酸反應生成氯化鈣、水和二氧化碳，氫氧化鋇和二氧化碳反應生成白色沉淀碳酸鋇和水，根據碳酸鋇質量可以計算二氧化碳質量，根據二氧化碳質量可以計算碳酸鈣質量，進一步可以計算牙膏中碳酸鈣的質量分數；
【實驗反思】
碳酸氫鈉能和稀鹽酸反應生成氯化鈉、水和二氧化碳；
如果滴加稀鹽酸速率過快，容易導致反應生成的二氧化碳不能被C裝置中的氫氧化鋇溶液完全吸收．

解答 解：【實驗方案】
取少量牙膏于試管中，加入適量的稀鹽酸，出現氣泡，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-；
二氧化碳能使澄清的石灰水變渾濁，是因為二氧化碳和石灰水中的氫氧化鈣反應生成了碳酸鈣沉淀和水，反應的化學方程式為：Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O． 
故填：CO₃^2-；Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O．
【實驗步驟】
（1）按如圖連接好裝置后，并檢查裝置氣密性．
故填：檢查裝置氣密性．
【實驗分析及數據處理】
（1）若無A裝置，直接通入空氣，會導致空氣中的二氧化碳被C裝置中的氫氧化鋇溶液吸收，從而導致測定結果將偏大．
故填：偏大．
（2）D裝置的作用是防止空氣中的二氧化碳氣體進入C裝置中．
故填：防止空氣中的二氧化碳氣體進入C裝置中．
（3）設碳酸鈣質量為x，
由 CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑，Ba（OH）₂+CO₂═BaCO₃↓+H₂O可知，CaCO₃～BaCO₃↓，
CaCO₃～BaCO₃↓，
100         197
x             1.97g
$\frac{100}{x}$=$\frac{197}{1.97g}$，
x=1.00g，
牙膏樣品中碳酸鈣的質量分數為：$\frac{1.00g}{5.00g}$×100%=20%，
故填：20%．
【實驗反思】A．在裝置B、C之間增加盛有飽和NaHCO₃溶液的洗氣瓶時，二氧化碳中的氯化氫氣體能和碳酸氫鈉反應生成二氧化碳，從而導致計算出的碳酸鈣質量分數偏大，該選項不能提高CaCO₃的質量分數測定準確度；
B．在裝置A、B之間是否增加盛有濃硫酸的洗氣瓶，都不影響二氧化碳的質量，該選項不能提高CaCO₃的質量分數測定準確度；
C．緩緩滴加稀鹽酸時，能使反應生成的二氧化碳全部被氫氧化鋇溶液吸收，從而提高測定的準確度，該選項能提高CaCO₃的質量分數測定準確度．
故填：C．

點評 合理設計實驗，科學地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結論的前提，因此要學會設計實驗、進行實驗、分析實驗，為學好化學知識奠定基礎．