Question

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
【實驗方案】
① 取少量牙膏于試管中，加入過量稀鹽酸，出現氣泡，將氣體通入澄清石灰水中，石灰水變渾濁，證明摩擦劑中含有　   　離子；
② 取實驗①中的溶液，加入草酸銨【(NH₄)₂C₂O₄】溶液，生成白色沉淀——草酸鈣，請寫出該反應的化學方程式　          　。
【提出問題2】該牙膏中CaCO₃的含量是多少？
【實驗裝置】

【實驗步驟】
⑴按上圖連接好裝置后，發現一處明顯的錯誤，改正為　    　；
⑵重新連接好裝置，并　    　；
⑶在B裝置中加入牙膏樣品8.00g；
⑷      K₁，　       K₂（填“打開”或“關閉”），向牙膏樣品中滴入10%的鹽酸，至　    　，停止滴加鹽酸；
⑸　       　，至C中不再產生沉淀；
⑹將C裝置中的固液混合物過濾、　      、烘干后稱量其質量；
⑺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】
⑴上述數據能否由托盤天平測得？　    　。
⑵若沒有A裝置，則測定結果將　    　。（填“偏大”、“偏小”或“不變”）
⑶D裝置的作用是　          　。
⑷據上表數據，計算該牙膏樣品中CaCO₃的含量是多少？
寫出計算過程                               。（4分）
【實驗反思】
⑴重復實驗，取平均值的意義在于    。
⑵下列各項措施中，能提高測定準確度的是    （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

【實驗方案】  ① CO₃^2-；      ② (NH₄)₂C₂O₄+CaCl₂=2NH₄Cl+CaC₂O₄↓
【實驗步驟】⑴C中導管應“長進短出”； 
⑵檢查裝置的氣密性；
⑷關閉 打開 至B中不再產生氣泡；
⑸關閉K2，打開K1，緩緩通入空氣， 
⑹洗滌
【實驗分析及數據處理】⑴不能。  ⑵偏大。    ⑶防止空氣中的二氧化碳干擾實驗測定
⑷25%
【實驗反思】⑴減小偶然誤差（合理即可）     ⑵C

解析試題分析：【實驗方案】①含碳酸根離子的物質能和酸反應生成二氧化碳氣體，而二氧化碳氣體能使澄清石灰水變渾濁，由此可推斷，摩擦劑中含有碳酸根離子。
②根據題意可知，實驗①的溶液中含有生成的氯化鈣溶液，再加入(NH₄)₂C₂O₄溶液，二者反應生成白色草酸鈣沉淀，結合復分解交換成分的原則可知，另一生成物應為氯化銨，故反應的化學方程式為(NH₄)₂C₂O₄+CaCl₂=2NH₄Cl+CaC₂O₄↓。
【實驗步驟】
⑴由于裝置C是用來吸收反應生成的二氧化碳氣體的，故C中的導管應“長進短出”，這樣有利于二氧化碳與氫氧化鋇溶液的充分反應。
⑵由于該實驗中需要準確測定生成氣體的質量，故要保證裝置的氣密性良好，所以反應前要檢查裝置的氣密性。
⑷根據圖示可知，只有打開K₂，才能讓鹽酸進入裝置B，并與其中的碳酸鈣反應；由于反應生成的二氧化碳氣體能與裝置A中的氫氧化鈉溶液反應，故需關閉K₁；當裝置B中不再產生氣泡時，說明碳酸鈣已完全反應，可停止滴加鹽酸。
⑸為了使B中生成的二氧化碳氣體能全部進入C，并被氫氧化鋇溶液吸收，故需關閉K₂，打開K₁，并緩緩通入空氣，直至C中不再產生沉淀。
⑹根據基本實驗操作分析，將C裝置中的固液混合物過濾、洗滌、烘干后，稱量其質量。
【實驗分析及數據處理】
⑴根據表中的實驗數據可知，物質質量不是由托盤天平稱量獲得的，因為托盤天平只能精確到0.1g。
⑵若缺少裝置A，反應后持續緩緩通入空氣，則實驗結果會偏大，因為通入的空氣中也含有二氧化碳，并全部進入C裝置，則C中產生的沉淀的質量就偏大，由此計算測定出的結果將偏大。
⑶D裝置中的堿石灰能防止空氣中的二氧化碳進入C，避免干擾實驗測定。
⑷根據題意，書寫反應的化學方程式CaCO₃+2HCl=CaCl₂+CO₂↑+H₂O，CO₂+Ba(OH)₂= BaCO₃↓+ H₂O，由此可得出CaCO₃與BaCO₃的質量比，并據此進行計算。
解，首先根據三次數據求得沉淀的平均值為3.94g
設樣品中碳酸鈣的質量為X，則
CaCO₃  ～  BaCO₃  
100       197
X        3.94g
100：197=X：3.94g
解得，X=2g
所以該牙膏樣品中CaCO₃的含量=×100%=25%
【實驗反思】
⑴由于誤差是不可避免的，但重復實驗，取平均值的卻可減小偶然誤差；
⑵a.在裝置A、B之間增加盛有濃硫酸的洗氣瓶，可以吸收水蒸氣，但是對結果沒有影響；
b.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；
c.緩緩滴加稀鹽酸，由于控制了鹽酸的滴加速度，使二氧化碳的生成速度減慢，則C裝置吸收二氧化碳會更徹底，能夠提高結果準確度。故選c
考點：CO₃^2-檢驗方法，實驗探究物質的組成成分以及含量，實驗數據處理或者誤差分析的探究，常見氣體的檢驗與除雜方法，書寫化學方程式
點評：對于驗證型實驗探究，要熟記物質的性質或變化規律，根據給出的實驗設計方案，進行實驗、分析和探究，并通過觀察、記錄和分析的實驗現象，來驗證該物質的性質或變化規律等。