Question

牙膏是日常生活中的必需品，它通常由摩擦剂、发泡剂、粘合剂等组成．摩擦剂是牙膏的主要成分，约占牙膏质量的一半以上．为了测定一种以碳酸钙为摩擦剂的牙膏中碳酸钙的含量，同学们根据碳酸钙的性质设计了以下三种不同的方案（除碳酸钙外，这种牙膏中的其它物质不与盐酸反应生成气体，且均溶于水）：
方案一：将一定量的牙膏放入水中充分搅拌，然后进行______、洗涤、干燥等操作，称量出不溶物的质量，再计算出碳酸钙的质量分数．
方案二：将一定量的牙膏与过量的盐酸反应，用图1所示装置（装置的气密性良好），测量二氧化碳气体的体积（锥形瓶中液面高度变化忽略不计），利用该条件下二氧化碳的密度，计算二氧化碳的质量，然后根据化学方程式求出碳酸钙的质量，再计算出碳酸钙的质量分数．
方案三：用图2所示装置，将一定量的牙膏与过量的盐酸反应，测量相关数据，推算出二氧化碳气体的质量，然后根据化学方程式求出碳酸钙的质量，再计算出碳酸钙的质量分数．

老师对三种方案提供了所需的仪器用品，同学们进行分组实验．实验中，同学们操作规范、计算无误．
按照要求回答下列问题：
（1）方案一中操作是______，按照方案一进行实验的同学在规定时间内没有来得及完成实验，请写出可能的原因______．
（2）碳酸钙和盐酸反应的化学方程式是______；方案二中实验结果偏低，写出一条可能的原因：______；你的改进方案是：______．
（3）方案三中实验结果偏高，原因可能是：______．

Answer 1

解：（1）方案一通过溶解然后进行过滤，分离出一定量牙膏中的碳酸钙而求得碳酸钙的质量分数；但由于牙膏的组成中含有发泡剂、粘合剂等，会使溶解和过滤操作费时费力；
故答案为：过滤；有粘合剂导致溶解慢（或有发泡剂产生大量泡沫导致过滤时间长）；
（2）方案二欲利用碳酸钙与盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，通过所设计的方案测量完全反应产生气体二氧化碳的体积，然后根据反应的化学方程式计算参加反应碳酸钙的质量，求得牙膏中碳酸钙的质量分数；但在设计时没充分考虑二氧化碳能溶于水，而会使测得的二氧化碳体积偏小；为避免二氧化碳溶于水，可在收集二氧化碳的广口瓶放入少量植物油，使二氧化碳不能直接与水接触，减小溶解造成的误差，或把水改成不能溶解二氧化碳的饱和碳酸氢钠溶液；
故答案为：CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑；CO₂溶于水；在瓶中加一层油（或将水改成饱和碳酸氢钠溶液）；
（3）方案三采取直接称量反应前后的质量来称出产生二氧化碳的质量，但由于没有考虑到盐酸的挥发或水随气体而扩散到空气中等因素，会误把挥发的氯化氢气体和水当作放出的二氧化碳，导致称得的二氧化碳质量偏大，所计算的碳酸钙质量因之偏大则所得质量分数偏高；
故答案为：H₂O和HCl的挥发．
分析：（1）方案一采取直接过滤分离出碳酸钙进行称量的方法获得碳酸钙的质量分数；但在溶解和过滤时都会出现因牙膏成分复杂而操作起来比较困难的情况；
（2）方案二利用碳酸钙与盐酸发生反应放出二氧化碳，通过测定产生气体的体积计算参加反应碳酸钙的质量；但实验会因二氧化碳溶于水而出现误差；
（3）方案三敞口进行实验时，挥发出的HCl气体和水都会被记作二氧化碳的质量，导致出现放出二氧化碳质量偏大的误差．
点评：采取化学变化测定混合物中某组成成分的含量时，对反应中某物质质量的测量将直接影响最终的探究结果．