Question

9．某校学习小组准备探究气体的测定和数据处理方法．
[提出问题]如何利用石灰石样品（其成分是CaCO₃和SiO₂，SiO₂不与盐酸反应）与稀盐酸反应来测定生成CO₂的质量和体积，并处理数据．
[实验设计]通过如图1两个实验分别测定CO₂的质量和体积．

[分析与表达]（1）上述两个实验中，反应的化学方程式是CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑．
（2）实验I中，将小烧杯中的稀盐酸分几次加多余空入到大烧杯中，并不断搅拌，判断石灰石中CaCO₃完全反应的实验现象是电子天秤读数不再改变．
（3）实验II中，先连接好多余空装置，再检查装置气密性（填操作名称），然后装好药品，最后将10mL稀盐酸快速推入烧瓶中．若稀盐酸是缓慢推入的，则可能造成的后果是
烧瓶内气压增大，稀盐酸难以完全推入烧瓶中．
[记录与处理]（4）已知实验I反应前的总质量[m（大烧杯+石灰石粉末）+m（小烧杯+稀盐酸）]，要计算生成CO₂的质量，至少还需要的数据是A．C．
A．m（小烧杯）        B．m（大烧杯）        C．m（大烧杯+反应后剩余物）
（5）实验II的实验记录如表（表中数据在相同温度、相同压强条件下测定）：

时间/min	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
注射器读数/mL	60.0	85.0	88.0	89.0	89.5	89.8	89.9	90.0	90.0	90.0

根据以上实验过程和数据综合分析，最终生成CO₂的体积是90.0mL．
[探索与拓展]
（6）为进一步研究该样品的组成，上述小组同学将100g稀盐酸分5次加入到35g石灰石样品中，得到如表部分数据和如图2图象．

次     数	第1次	第2次	第3次
加入稀盐酸的质量/g	20	20	20
剩余固体的质量/g	30	a	20

请计算：①第2次加入盐酸后，a为25g．
②石灰石样品中SiO₂的质量为15g．
③所用稀盐酸中溶质的质量分数．
④10%的CaCl₂溶液可作路面保湿剂多余空．欲将第5次实验后的溶液配成10%的CaCl₂溶液，可先向此溶液中加入足量的石灰石粉末，完全反应后过滤，这时还需要向滤液中加入水多少克？（假设实验过程中溶液损失忽略不计）

Answer 1

分析 （1）根据石灰石和盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳进行解答；
（2）根据石灰石和盐酸反应放出二氧化碳气体进行解答；
（3）根据制取气体要先检查装置的气密性进行解答；
（4）根据反应前后物质质量差就是生成二氧化碳的质量进行解答；
（5）根据实验过程和数据综合分析；
（6）①由图表分析，三次参加反应的物质质量相等，由此计算出第二次参加反应的物质质量，再由剩余固体的质量=总质量-参加反应的物质质量可计算出a的值；
②根据题意和图表分析，可得到样品中CaCO₃的质量，进而求出SiO₂的质量即可；
③根据碳酸钙和盐酸反应会生成二氧化碳，依据二氧化碳的质量，计算参加反应的盐酸的质量，然后计算质量分数；
④根据由图可知，每消耗20g盐酸，会消耗5g碳酸钙，所以100g盐酸消耗25g碳酸钙以及溶液稀释过程中溶质不变进行解答．

解答 解：（1）石灰石和盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，反应的化学方程式是CaCO₃+2HCl═CaCl₂+CO₂↑+H₂O；
（2）石灰石和盐酸反应放出二氧化碳气体，所以，判断石灰石中CaCO₃完全反应的实验现象是最后一次加入稀盐酸，仍没有气泡产生；
（3）制取气体要先检查装置的气密性；然后装好药品，最后将10ml稀盐酸快速推入烧瓶中．若稀盐酸是缓慢推入的，则可能造成的后果是烧瓶内气压增大，稀盐酸难以完全推入烧瓶中或仪器连接处脱落；
（4）根据反应前后物质质量差就是生成二氧化碳的质量，已知实验I反应前的总质量[m（大烧杯+石灰石粉末）+m（小烧杯+稀盐酸）]，所以要计算生成CO₂的质量，至少还需要的数据是m（小烧杯）和m（大烧杯+反应后剩余物）；
（5）从第8分钟后气体的体积不再变化，但原稀盐酸占有10mL（推入稀盐酸后仍然会恢复到原压强），所以第1分钟生成CO₂的体积是50mL，第2分钟是75mL，最终生成CO₂的体积是80mL；
（6）①由图象可知，第四次加入盐酸后，才得到完全反应，故在反应过程中，第一次充分反应后剩余固体的质量为30g，说明只有35g-30g=5g样品参与了反应，第三次充分反应后剩余固体的质量为20g，说明共有35g-20g=15g样品参与了反应，故第二次充分反应时，也只有5g样品参与了反应，故第2次加入盐酸后，a为35g-5g×2=25g；故填：25；
②根据图可知：第4次加入稀盐酸后，固体物质总共减少的质量=5g×4=20g，故石灰石样品中SiO₂的质量为15g；
③设20克盐酸中氯化氢的质量为x．
CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100     73     
 5g     x  
则$\frac{100}{73}$=$\frac{5g}{x}$，解得x=3.65g．
故所用盐酸的溶质质量分数为：$\frac{3.65g}{20g}$×100%=18.25%；
④由图可知，每消耗20g盐酸，会消耗5g碳酸钙，所以100g盐酸消耗25g碳酸钙．
设100g盐酸反应后生成氯化钙的质量为x，生成二氧化碳的质量为y．
CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100        111      44
25g        x         y
则$\frac{100}{111}=\frac{25g}{x}$，解得x=27.75g，
则$\frac{100}{44}=\frac{25g}{y}$，解得y=11g．
所得氯化钙溶液的质量=25g+100g-11g=114g
设加水的质量为z，则$\frac{27.75g}{114g+z}$×100%=10%，解得z=163.5g．
故还需要向滤液中加入水的质量为163.5g．
故答案为：
（1）CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑；（2）电子天秤读数不再改变；
（3）检查装置气密性；烧瓶内气压增大，稀盐酸难以完全推入烧瓶中或火器连接处脱落；
（4）A．C；（5）90.0；（6）①25； ②15； ③18.25%； ④163.5．

点评 掌握装置气密性检验一般方法，本题主要考查分析和应用信息解答实际问题的能力，要结合物质的性质和反应规律进行综合分析．