Question

6．请你和小明一起就实验室制取二氧化碳过程中遇到的有关问题进行探究．
（一）选择药品：小明对三组药品进行了研究，实验记录如下：

组别	药  品	实验现象
①	块状石灰石和稀盐酸	产生气泡速率适中
②	块状石灰石和稀硫酸	产生气泡速率缓慢并逐渐停止
③	粉末状石灰石和稀盐酸	产生气泡速率很快

对照实验①和②，目的是探究不同的酸对制取二氧化碳气体产生影响；
对照实验①和③，目的是探究石灰石形状对制取二氧化碳气体产生影响；
小明选择第①组药品来制取二氧化碳，该组药品发生反应的化学方程式为CaCO₃+2HCl═CO₂↑+H₂O+CaCl₂；
不选择第②组药品的原因是反应后生成硫酸钙微溶于水，覆盖在石灰石表面，使反应速度减慢并停止．
（二）选择装置：
（1）写出图中带标号仪器的名称：①酒精灯、②长颈漏斗．
（2）小明选择气体发生和收集的装置为BC（请在A～E中选择）；若用该发生装置制取氧气，发生反应的化学方程式为：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂ ↑．
（3）若从图2中选取Ⅲ（填序号）取代B中的单孔塞，就能控制反应的发生和停止．
（4）小明又设计了图3中“人”字管装置进行二氧化碳的制备和性质实验．实验进行一段时间后，“人”字管右端可以观察到的现象是变浑浊．发生反应的化学方程式为Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O，被石蕊溶液浸湿的纸质小花变红，反应的化学方程式为CO₂+H₂O═H₂CO₃．
（三）对实验后溶液中溶质的探究
小明选择上述第①组石灰石7g与50g稀盐酸反应来制取二氧化碳实验后，对在锥形瓶中反应后留下的废渣废液产生了兴趣．他通过如图4下列操作实验过程：
（1）操作M的名称是过滤．

（2）小明猜想黑色固体A可能是碳单质，你认为小明应如何通过实验证明：将黑色固体点燃，如果能燃烧，则证明是碳．
（3）小明认为无色溶液C中溶质只有氯化钙．老师说他的这一判断不合理．理由是酸性溶液和中性溶液都不能使无色酚酞变色，盐酸有剩余时，滴加无色酚酞也不变色．
（4）若上述石灰石与稀盐酸恰好反应（杂质不溶于水也不和盐酸反应），且反应后锥形瓶中物质总质量减少2.2g．则反应后形成的溶液中溶质的质量分数为10.5%．（请写出计算过程，答案保留小数点后一位）

Answer 1

分析 （一）根据对比实验的设计方法考虑，写方程式注意上升符号的标法，根据硫酸钙的微溶性考虑；
（二）（1）熟记仪器名称．
（2）根据反应物的状态和气体密度和溶解性考虑装置的选择方法．
（3）根据指示剂的变色情况来考虑，根据方程式的写法写化学方程式．
（4）要从控制反应速率和随开随关两个方面考虑．
（三）
（1）根据过滤可以将固体和液体分离解答；
（2）根据碳具有可燃性解答；
（3）根据酸性溶液和中性溶液都不能使无色酚酞变色解答；
（4）根据题中所给的生成二氧化碳的质量结合反应的化学方程式可以求算出碳酸钙及生成的氯化钙的质量，然后求出其质量分数即可．

解答 解：（一）对比实验的设计方法是只能允许有一种变量，对照实验①②只有加入的酸不同；对照实验①③只有石灰石的形状不同；不选择第②组药品的原因是碳酸钙与硫酸反应，生成硫酸钙微溶于水，覆盖在石灰石表面，里面的石灰石不能与硫酸接触，使反应速度减慢并停止；
（二）（1）熟记常见仪器的名称：①酒精灯；②长颈漏斗；
（2）制取二氧化碳用碳酸钙和盐酸，不需要加热，所以发生装置选择B，由于二氧化碳能溶于水，不能用排水法收集，密度比空气大只能用向上排空气法收集，故收集装置选择C；用双氧水制氧气，不需加热，属于固液常温型，过氧化氢和二氧化锰反应，生成了水和氧气，反应的方程式是：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂ ↑；
（3）从控制反应速率和随开随关两个方面考虑，应该选择带注射器的，注射器可控制反应速度．
（4）验证二氧化碳用澄清石灰水，发生反应的化学方程式为：Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O；被石蕊溶液浸湿的纸质小花变红，反应的化学方程式为：
CO₂+H₂O═H₂CO₃；
（三）
（1）操作M的名称是过滤；
（2）将黑色固体点燃，如果能燃烧，则证明是碳；
（3）酸性溶液和中性溶液都不能使无色酚酞变色，盐酸有剩余时，滴加无色酚酞也不变色；
（4）设碳酸钙的质量为x，生成氯化钙的质量为y
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+CO₂↑+H₂O
100         111   44
x           y     2.2g
$\frac{100}{x}=\frac{111}{y}=\frac{44}{2.2g}$
解得：x=5g，y=5.55g
所以反应后溶液中溶质的质量分数为$\frac{5.55g}{5g+50g-2.2g}$×100%≈10.5%
故答案为：
（一）不同的酸；石灰石形状；CaCO₃+2HCl═CO₂↑+H₂O+CaCl₂；反应后生成硫酸钙微溶于水，覆盖在石灰石表面，使反应速度减慢并停止；
（二）（1）①酒精灯；②长颈漏斗；
（2）B、C；2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂ ↑；
（3）Ⅲ；
（4）Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O；CO₂+H₂O═H₂CO₃；
（三）
（1）过滤；
（2）将黑色固体点燃，如果能燃烧，则证明是碳；
（3）酸性溶液和中性溶液都不能使无色酚酞变色，盐酸有剩余时，滴加无色酚酞也不变色；
（4）10.5%．

点评 本题的实验装置比较复杂，分析实验装置的原理时，应根据题中的操作要求，结合物质的性质，认真、细致观察，得出设计实验装置的目的．