Question

為測定碳酸鈣純度（設含雜質SiO₂），同學們設計了如下幾個實驗方案，請回答每個方案中的問題．
[方案I]
（1）稱取碳酸鈣樣品 M g；
（2）加入過量鹽酸；
（3）收集并測定生成的氣體體積 V mL．
問題：如果稱量樣品時，砝碼底部有一處未被實驗者發現的殘缺，那么測定的碳酸鈣的純度會

 

（偏高、偏低、無影響）
[方案II]
（1）稱取碳酸鈣樣品 M g；
（2）用c mol/L 鹽酸 V mL（過量）溶解樣品；
（3）取溶解后的溶液

V

10

mL，用c′mol/L NaOH溶液滴定，恰好用去V′mL．
問題1：列出本實驗中所用到的儀器名稱（除鐵架臺及附件、燒杯之外）

 

．
問題2：加鹽酸后是否需要濾出SiO₂后再用NaOH滴定

 

（填選項編號）．
A．需要               B．不需要             C．均可
[方案III]
（1）稱取碳酸鈣樣品 M g；
（2）把樣品高溫（1000℃）煅燒直至質量不再發生變化，冷卻后稱量，質量為M′g．
問題1：為什么要煅燒至1000℃且“直至質量不再改變”？

 

；
問題2：本方案中的“冷卻”應如何操作

 

．
[方案IV]
（1）稱取碳酸鈣樣品 M g；
（2）加入足量c mol/L鹽酸V mL使之完全溶解；
（3）過濾并取濾液；
（4）在濾液中加入過量c′mol/L Na₂CO₃溶液V′mL；
（5）將步驟（4）中的沉淀濾出、洗滌、干燥、稱重為M′g．
問題1：此方案中不需要的數據是

 

（填選項編號）．
A．c、V        B．c′、V′C． M′D． M
問題2：為減少實驗誤差，必要的操作是

 

（填選項編號）．
A．精確測定Na₂CO₃溶液體積V′mL
B．精確配制濃度c′mol/L Na₂CO₃溶液
C．將步驟（3）所得沉淀洗滌，洗滌液也應并入（4）中
D．將步驟（3）所得沉淀洗滌、干燥、稱量其質量M′g備用
問題3：步驟（5）中要將沉淀進行洗滌，如果未經洗滌，則測定的碳酸鈣純度
將

 

（偏高、偏低、無影響）．
綜上所述，你認為4個方案中，最好的方案是

 

，其它方案的缺點分別是：
方案IV：沉淀的洗滌、干燥、稱量操作過程復雜，容易造成較大誤差；
方案

 

；

 

．
方案

 

；

 

．

Answer 1

分析：方案Ⅰ、如果稱量樣品時，砝碼底部有一處未被實驗者發現的殘缺，依據天平稱量原理分析，稱量出物質的質量減小；
方案Ⅱ、問題1、依據實驗步驟分析所需儀器，需要取用固體試劑，天平稱量，溶解后剩余鹽酸用氫氧化鈉溶液滴定需要滴定管，錐形瓶等；
問題2、酸堿中和反應終點是利用指示劑變色確定，滴定終點為中性，不能溶解二氧化硅，二氧化硅不與鹽酸反應，過濾時會引起鹽酸損失影響滴定結果；
方案Ⅲ、問題1、煅燒至1000℃且“直至質量不再改變是讓樣品中的碳酸鈣全部分解；
問題2、冷卻操作是在空氣中冷卻后最后放在干燥器中冷卻；
方案Ⅳ、問題1，加入過量鹽酸，碳酸鈣全部溶解為氯化鈣溶液，加入過量碳酸鈉會沉淀鈣離子為碳酸鈣沉淀，所以最后洗滌干燥得到的沉淀質量即為樣品中碳酸鈣質量，計算得到質量分數；
問題2、減小誤差主要是鹽酸溶解后的鈣離子全部轉移后沉淀出；
問題3、沉淀不洗滌，沉淀表面會沾有氣體雜質，稱量得到沉淀質量增大，含量偏高；
分析判斷方案Ⅱ測定結果更準確；
方案Ⅰ中氣體體積難于準確測定，方案Ⅲ，在實驗室中難于提供1000°C的溫度；方案Ⅳ稱量操作復雜，易造成誤差；

解答：解：方案Ⅰ、如果稱量樣品時，砝碼底部有一處未被實驗者發現的殘缺，依據天平稱量原理分析，砝碼質量減小，稱量出物質的質量減小，所以那么測定的碳酸鈣的純度會偏低；
故答案為：偏低；
方案Ⅱ、問題1、依據實驗步驟分析所需儀器，需要取用固體試劑，天平稱量，溶解后剩余鹽酸用氫氧化鈉溶液滴定需要滴定管，錐形瓶等；
故答案為：托盤天平（砝碼）、藥匙、酸式和堿式滴定管、錐形瓶；
問題2、酸堿中和反應終點是利用指示劑變色確定，滴定終點為中性，不能溶解二氧化硅，二氧化硅不與鹽酸反應，過濾時會引起鹽酸損失影響滴定結果；
故答案為：B；
方案Ⅲ、問題1、煅燒至1000℃且“直至質量不再改變是讓樣品中的碳酸鈣全部分解；
故答案為：保證CaCO₃完全分解；
問題2、冷卻操作是在空氣中冷卻后最后放在干燥器中冷卻，避免吸收空氣中的水蒸氣；
故答案為：先在空氣中適當冷卻后再放進干燥器中冷卻；
方案Ⅳ、問題1，加入過量鹽酸，碳酸鈣全部溶解為氯化鈣溶液，加入過量碳酸鈉會沉淀鈣離子為碳酸鈣沉淀，所以最后洗滌干燥得到的沉淀質量即為樣品中碳酸鈣質量，計算得到質量分數，需要數據是稱取碳酸鈣樣品 M g，將步驟（4）中的沉淀濾出、洗滌、干燥、稱重為M′g；
故答案為：AB．
問題2、為減少實驗誤差，必要的操作是，減小誤差主要是鹽酸溶解后的鈣離子全部轉移后沉淀出；
A．精確測定Na₂CO₃溶液體積V′mL，利用的是沉淀質量，碳酸鈉溶液過量沉淀鈣離子完全即可，故A不符合；
B．精確配制濃度c′mol/L Na₂CO₃溶液，利用的是沉淀質量，碳酸鈉溶液過量沉淀鈣離子完全即可，與碳酸鈉濃度精確度無關，故B不符合；
C．將步驟（3）所得沉淀洗滌，洗滌液也應并入（4）中，保證溶解的鈣離子重新全部沉淀出來，故C符合；
D．將步驟（3）所得沉淀洗滌、干燥、稱量其質量M′g備用，對減小誤差無影響，故D不符合；
故答案為：C．
問題3、沉淀不洗滌，沉淀表面會沾有氣體雜質，稱量得到沉淀質量增大，含量偏高；
故答案為：偏高；
分析判斷方案Ⅱ測定結果更準確；
故答案為：Ⅱ；
方案Ⅰ中氣體體積難于準確測定，實驗操作復雜，不易準確測定；
方案Ⅲ，在實驗室中難于提供1000°C的溫度，實驗裝置和儀器，及其反應條件難于達到；
方案Ⅳ稱量操作復雜，易造成誤差；
故答案為：方案Ⅰ：氣體體積難以準確測量；方案Ⅲ：實驗室難以提供1000℃的高溫；

點評：不同考查了實驗探究物質存在和性質的實驗設計和分析判斷，注意實驗過程中的數據應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．