Question

5．牙膏是生活中常見的物質，其配料成分有摩擦劑、增稠劑、發泡劑等，其中摩擦劑的類型有很多，如CaCO₃、Al（OH）₃、SiO₂或這些物質的混合物．我校興趣小組想研究牙膏摩擦劑的成分．
【提出問題】該牙膏中CaCO₃的質量分數是多少？
【實驗裝置】

【實驗步驟】
（1）按上圖連接好裝置后，發現一處明顯的錯誤，改正為C裝置中進氣管伸入液面以下，出氣管稍露出橡皮塞即可；
（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%的稀鹽酸，至不再有氣泡產生，停止滴加稀鹽酸；
（5）關閉K₂，打開K₁，緩慢地通入空氣至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；
（7）重復實驗．（已知此品牌牙膏中的摩擦劑為碳酸鈣，且其他成分不和鹽酸反應，裝置內試劑均足量．）
【實驗數據】重復實驗，3次數據記錄如下：

實驗次數	實驗1	實驗2	實驗3
C裝置中沉淀質量（g）	3.93	3.94	3.95

【實驗分析及數據處理】
（1）三次實驗取平均值的意義是減小偶然誤差．
（2）實驗步驟（5）中緩慢通空氣的目的是將產生的二氧化碳全部吸收．
（3）若沒有A裝置，則測定結果將偏大．（填“偏大”、“偏小”或“不變”）
（4）D裝置的作用是吸收空氣中的二氧化碳，防止干擾．
（5）據上表數據，計算該牙膏樣品中CaCO₃的質量分數是多少？寫出計算過程：
【實驗反思】
下列各項措施中，能提高測定準確度的是c（填序號）．
a．在裝置A、B之間增加盛有濃硫酸的洗氣瓶
b．在裝置B、C之間增加盛有飽和碳酸氫鈉的洗氣瓶
c．緩緩滴加稀鹽酸．

Answer 1

分析 【實驗步驟】依據碳酸根離子的檢驗方法分析解答，并據反應原理書寫方程式；
（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；
（4）依據裝置設計原理和實驗目的分析解答；
（6）將C裝置中的固體混合物過濾、洗滌、烘干后稱量其質量更準確；
【實驗分析及數據處理】
（1）多次測量，求其平均值是實驗的常用方法，可減少誤差；
（2）需要將產生的二氧化碳全部吸收；
（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）D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；
（5）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；
【實驗反思】
在裝置B、C之間增加盛有飽和碳酸氫鈉的洗氣瓶，可以防止揮發出的氯化氫氣體等進入C裝置，碳酸氫鈉與鹽酸反應生成二氧化碳；緩緩滴加稀鹽酸可使生成的二氧化碳反應完全，使測量結果更準確．

解答 解：【實驗步驟（1）C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；
（4）關閉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；
（6）將C裝置中的固體混合物過濾、洗滌，除去表面的其他物質，然后烘干后稱量其質量更準確；
【實驗分析及數據處理】
（1）多次測量，求其平均值是實驗的常用方法，可減少誤差；
（2）實驗步驟（5）中緩慢通空氣是為了將產生的二氧化碳全部吸收；
（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）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，使測量結果不準確；
（5）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，并進而計算牙膏中碳酸鈣的質量，計算過程如下；
設二氧化碳的質量為x
Ba（OH）₂+CO₂═BaCO₃↓+H₂O
          44               197
          x              3.94g
  $\frac{44}{197}=\frac{x}{3.94g}$
  x=0.88g 
設碳酸鈣的質量為y
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                                      44
y                                      0.88g
$\frac{100}{44}=\frac{y}{0.88g}$
y=2g
碳酸鈣的質量分數為：$\frac{2g}{8g}×100%$=25%
【實驗反思】
在裝置A、B之間增加盛有濃硫酸的洗氣瓶，是吸收水蒸氣，而水蒸氣對于二氧化碳無影響；在裝置B、C之間增加盛有飽和碳酸氫鈉的洗氣瓶，則由B中揮發出來的氯化氫氣體會與洗氣裝置中的NaHCO₃反應，生成二氧化碳氣體，使測定結果偏高；緩緩滴加稀鹽酸可使生成的二氧化碳反應完全，使測量結果更準確；
故答案為：【實驗方案】
（1）C裝置中進氣管伸入液面以下，出氣管稍露出橡皮塞即可；
（2）檢查裝置的氣密性；
（4）不再有氣泡產生；
（6）洗滌；
【實驗分析及數據處理】
（1）減小偶然誤差；
（2）將產生的二氧化碳全部吸收；
（3）偏大；
（4）吸收空氣中的二氧化碳，防止干擾；
（5）設二氧化碳的質量為x
Ba（OH）₂+CO₂═BaCO₃↓+H₂O
             44               197
             x              3.94g
  $\frac{44}{197}=\frac{x}{3.94g}$
  x=0.88g 
設碳酸鈣的質量為y
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                                      44
y                                      0.88g
$\frac{100}{44}=\frac{y}{0.88g}$
y=2g
碳酸鈣的質量分數為：$\frac{2g}{8g}×100%$=25%
答：該牙膏樣品中碳酸鈣的質量分數是25%；
【實驗反思】c．

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．