Question

化學興趣小組對牙膏中摩擦劑成分及其含量進行以下探究：
查得資料：某品牌牙膏摩擦劑由二氧化硅、碳酸鈣、碳酸鎂組成，還可能含有氫氧化鋁和碳酸氫鈣；牙膏中其它成分易溶于水，遇到鹽酸無氣體生成．
Ⅰ、摩擦劑中碳酸氫鈣和氫氧化鋁的定性檢驗：取適量牙膏樣品，加水攪拌、過濾．并設計如下實驗方案對該品牌牙膏摩擦劑的成分進行測定、驗證假設．請寫出實驗步驟以及預期現象和結論（可不填滿）．
限選試劑：稀鹽酸、稀硫酸、NaOH溶液、澄清石灰水、二氧化碳

實驗步驟

預期現象和結論

步驟1：取適量牙膏樣品加水充分攪拌、過濾，得濾液A和沉淀B．

/

步驟2：取適量濾液A于試管中，

有   現象說明含有碳酸氫鈣

步驟3：取適量沉淀B于試管中，加入過量   ，過濾，得濾液C和沉淀D為a克．

/

步驟4：往所得濾液中通入過量二氧化碳．

產生成白色沉淀，   （填“能”或“不能”）確定含有氫氧化鋁．原因是（用離子方程式表示）   ．

Ⅱ、牙膏樣品中碳酸鈣和碳酸鎂的定量測定
利用下圖所示裝置（圖中夾持儀器略去）進行實驗，充分反應后，測定P中生成的BaCO₃沉淀質量，以確定碳酸鈣的質量分數．

依據實驗過程回答下列問題：
（1）實驗過程中先后兩次鼓入空氣，第二次鼓入空氣的目的是：

 

．
（2）實驗中準確稱取沉淀D1.76g樣品三份，進行三次測定，測得BaCO₃平均質量為3.94g．則D中碳酸鈣的質量分數為

 

 （保留三位有效數字）．

Answer 1

分析：Ⅰ、實驗目的是證明牙膏中含有碳酸氫鈣和氫氧化鋁，先將樣品溶于水中，碳酸鈣、碳酸鎂、二氧化硅和氫氧化鋁不溶解，碳酸氫鈣溶于水，然后分別檢驗濾液中是否含有碳酸氫鈣、沉淀中是否含有氫氧化鋁，據此完成本題．
Ⅱ、（1）實驗通過C裝置生成的碳酸鋇的質量測定二氧化碳的質量，進而計算牙膏中碳酸鈣的質量分數．裝置中殘留部分二氧化碳，不能被完全吸收，導致測定的碳酸鋇的質量偏小；
（2）BaCO₃質量為3.94g，n（BaCO₃）=0.0200mol，則則n（CaCO₃）+n（MgCO₃）=0.02mol，設出樣品中碳酸鈣和碳酸鎂的物質的量，根據樣品質量和二者的物質的量列式計算出碳酸鈣的物質的量，再計算出碳酸鈣的質量分數．

解答：解：I、步驟1：取適量牙膏樣品加水充分攪拌、過濾，得含有碳酸氫鈣的濾液A和含有二氧化硅、碳酸鈣、碳酸鎂、氫氧化鋁的沉淀B；
步驟2：取適量濾液A于試管中，滴加過量稀鹽酸，有氣泡產生，將產生的氣體通入過量澄清石灰水中，澄清石灰水變渾濁；
步驟3：取適量沉淀B于試管中，加入氫氧化鈉溶液，過濾，得含有偏鋁酸根離子、硅酸根離子的濾液C和含有碳酸鈣、碳酸鎂等沉淀D為a克；
步驟4：往所得濾液中通入過量二氧化碳，產生成白色沉淀，該白色沉淀可能為硅酸，不能確定樣品中是否含有氫氧化鋁，因為發生了反應：SiO₃^2-+2H₂O+2CO₂=H₂SiO₃↓+2HCO₃^-，
故答案為：

實驗步驟	預期現象和結論
步驟2：滴加過量稀鹽酸，將產生的氣體通入過量澄清石灰水中	有氣泡產生，澄清石灰水變渾濁．
步驟3：氫氧化鈉溶液
步驟4：	不能；SiO32-+2H2O+2CO2=H2SiO3↓+2HCO3-

II、（1）裝置中殘留部分二氧化碳，不能被完全吸收，導致測定的碳酸鋇的質量偏小，持續緩緩通入空氣的作用為：把生成的CO₂氣體全部排入P中，使之完全被Ba（OH）₂溶液吸收，
故答案為：驅趕殘留在裝置中的CO₂ 以使生成的CO₂完全被吸收；
（2）BaCO₃質量為3.94g，則n（BaCO₃）=

3.94g

197g/mol

=0.02mol，則n（CaCO₃）+n（MgCO₃）=0.02mol，設碳酸鈣的物質的量為xmol，碳酸鎂的物質的量為ymol，則：

x+y=0.02 100x+84y=1.76

，解得：

x=0.005mol y=0.015mol

，所以樣品中碳酸鈣的質量分數為：ω（CaCO₃）=

100g/mol×0.005mol

1.76g

×100%≈28.4%，
故答案為：28.4%．

點評：本題考查對實驗原理與操作步驟的理解及評價、常用化學用語、化學計算、物質組成的測定等，題目難度較大，是對所需知識的綜合運用，需要學生具有扎實的基礎知識與分析問題、解決問題的能力，理解實驗原理是解答的關鍵．