Question

14．牙膏摩擦剂的类型很多，如CaCO₃，SiO₂或它们的混合物．某兴趣小组对牙膏摩擦剂的成分进行了如下探究．
【提出问题1】某品牌牙膏中是否含有CaCO₃？
【查阅资料】
①CO₂+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+H₂O，二氧化硅不与稀盐酸反应．
②碱石灰是氢氧化钠固体和氧化钙固体的混合物
【实验方案】
①取少量牙膏于试管中，加入适量的稀盐酸，出现气泡．写出该反应的化学方程式CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；将气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊，证明牙膏摩擦剂中含有CaCO₃．写出该反应方程式Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O．
②取实验①中的溶液，加入碳酸钾溶液，生成白色沉淀，请写出该反应的化学方程式K₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2KCl；
【提出问题2】该牙膏中CaCO₃的质量分数是多少？
【实验原理】测定D装置中生成的BaCO₃沉淀的质量，通过计算确定牙膏中CaCO₃的质量分数．
【实验装置】如图

【实验步骤】
①按如图连接好装置后，发现一处明显的错误，改正为D中导管应“长进短出”．
②重新连接好装置，并检查装置的气密性；
③在B装置中加入牙膏样品8.00g；
④关闭K₁，打开K₂，向牙膏样品中滴入10%的盐酸，至B中无气泡产生时停止滴加盐酸；（不考虑盐酸的挥发性）
 ⑤关闭K₂，打开K₁，持续缓缓通入空气，至D中不再产生沉淀；
 ⑥将D装置中的固液混合物过滤、洗涤、烘干后称量其质量．实验数据如图（已知此品牌牙膏中的其他成分不和盐酸反应，装置内试剂均足量．）

【实验分析及数据处理】
（1）实验过程中需持续缓缓通入空气，其作用有将产生的二氧化碳气体全部赶入D中．
（2）从D中过滤出白色沉淀所需的玻璃仪器有烧杯、过滤  和玻璃棒；
（3）A装置的作用是除去鼓入空气中的二氧化碳．
（4）C装置的作用是吸收水蒸汽，干燥气体．
（5）E装置的作用是吸收空气中的二氧化碳干扰，防止干扰实验测定．
（6）据上面数据，计算该牙膏样品中碳酸钙的质量分数是多少？（写出计算过程）

Answer 1

分析 【实验方案】依据反应原理书写方程式；
【实验步骤】①洗气装置中导管应长进短出；
②实验前应检查装置的气密性，防止装置漏气；
【实验分析及数据处理】
（1）实验中要将生成的二氧化碳全部代入D装置吸收；
（2）根据过滤需要玻璃仪器进行分析；
（3）A装置的作用是吸收空气中的二氧化碳，防止测量结果不准确；
（4）根据浓硫酸的作用分析；
（5）E装置的作用是吸收空气中的二氧化碳，防止测量结果不准确；
（3）依据所测生成沉淀数据的平均值，计算反应的二氧化碳的质量，并进而计算参加反应的碳酸钙的质量．

解答 解：【实验方案】①取少量牙膏于试管中，加入过量稀盐酸，出现气泡，将气体通入澄清石灰水中，石灰水变浑浊，说明生成二氧化碳，从而证明摩擦剂中含有碳酸钙，有关化学方程式为：CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O．
②实验①中的溶液中含有氯离子，加入碳酸钾溶液，生成白色沉淀-碳酸钙，说明该溶液中含有钙离子，反应的化学方程式是K₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2KCl；
【实验步骤】①D的作用是吸收反应生成的二氧化碳，装置中导管应长进短出；
②实验前应检查装置的气密性，防止装置漏气；
【实验分析及数据处理】
（1）实验中要将生成的二氧化碳全部代入D装置吸收，实验过程中需持续缓缓通入空气；
（2）从C中过滤出BaCO₃沉淀所需的玻璃仪器有烧杯、漏斗和玻璃棒；
（3）A装置的作用是吸收空气中的二氧化碳，若没有该装置，则进入C的气体还有空气中的二氧化碳，使测量结果偏大；
（4）浓硫酸具有很强的吸水性，可以吸收水蒸汽，干燥气体；
（5）E装置的作用是吸收空气中的二氧化碳，防止空气中二氧化碳进入，使测量结果不准确；
（6）依据所测生成沉淀数据，计算反应的二氧化碳的质量，并进而计算牙膏中碳酸钙的质量，计算过程如下；
解：根据数据得生成沉淀为3.94g，设参加反应的二氧化碳的质量为x
Ba（OH）₂+CO₂═BaCO₃↓+H₂O
                   44       197
                    x        3.94g
$\frac{44}{x}=\frac{197}{3.94g}$
 x=0.88g 
设碳酸钙的质量为y
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                                     44
y                                      0.88g
$\frac{100}{y}=\frac{44}{0.88g}$
 y=2g
该牙膏样品中碳酸钙的质量分数=$\frac{2g}{8g}$×100%=25%．
故答案为：【实验方案】①CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O；②K₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2KCl；
【实验步骤】①D中导管应“长进短出”；
②检查装置的气密性；
【实验分析及数据处理】
（1）将产生的二氧化碳气体全部赶入D中；（2）过滤；
（3）除去鼓入空气中的二氧化碳；（4）吸收水蒸汽，干燥气体；（5）吸收空气中的二氧化碳干扰，防止干扰实验测定；（6）25%．

点评 本题难度较大，属于盐的性质中实验方法和过程的探究，根据物质的化学性质，要认真分析，不仅要把握实验设计的每一个步骤中的实验目的，装置的用途等知识，还要对有关的计算准确，能考查学生综合分析、解决问题的能力．