Question

6．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）連接好裝置，首先進行的操作是檢查裝置的氣密性．
（2）在B裝置中加入牙膏樣品4g．
（3）關閉K₁，打開K₂（填“打開”或“關閉”），然后向牙膏樣品中滴入質量分數為10%的鹽酸，至B中無氣泡產生時，停止滴加鹽酸．
（4）打開K₁，關閉K₂，緩緩鼓入空氣，至C中不再產生沉淀．
（5）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）若沒有A裝置，則測定結果將偏大（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進入裝置C中．
（3）根據上面數據計算，牙膏樣品中碳酸鈣的質量分數是25%．

Answer 1

分析 【實驗方案】碳酸鈣能夠稀鹽酸反應生成氯化鈣、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；
二氧化碳能和氫氧化鋇反應生成白色沉淀碳酸鋇和水；
氫氧化鈉溶液能夠吸收空氣中的二氧化碳；
堿石灰能夠吸收水和二氧化碳．

解答 解：【實驗方案】
將氣體通入澄清石灰水，石灰水變渾濁，說明該氣體是二氧化碳，證明摩擦劑中含有碳酸鈣，碳酸鈣中含有碳酸根離子，碳酸根離子可以表示為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；
【提出問題2】該牙膏中CaCO₃的質量分數是多少？
【實驗步驟】
（1）連接好裝置，首先進行的操作是檢查裝置的氣密性；
（3）關閉K₁，打開K₂，然后向牙膏樣品中滴入質量分數為10%的鹽酸，至B中無氣泡產生時，停止滴加鹽酸；
（4）打開K₁，關閉K₂，緩緩鼓入空氣，至C中不再產生沉淀；
【實驗分析及數據處理】
（1）若沒有A裝置，則空氣中的二氧化碳能夠被氫氧化鋇溶液吸收，從而導致測定結果偏大；
（2）D裝置的作用是防止空氣中的二氧化碳進入裝置C中；
（3）設碳酸鈣的質量為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=1g，
牙膏樣品中碳酸鈣的質量分數為：$\frac{1g}{4g}$×100%=25%．
故填：【實驗方案】CO₃^2-；Ca（OH）₂+CO₂=CaCO₃↓+H₂O；
【實驗步驟】（1）檢查裝置的氣密性（3）關閉    打開（4）打開K₁，關閉K₂，緩緩鼓入空氣（只要答出打開K₁，關閉K₂即可）
【實驗分析及數據處理】（1）偏大（2）防止空氣中的二氧化碳進入裝置C中（或吸收空氣中二氧化碳）（3）25%

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．