Question

11．某兴趣小组为了测定本地所产矿石A的纯度，利用如图装置设计了以下实验方案：
【实验原理】：测定一定质量的矿石A与足量稀盐酸反应产生的二氧化碳在常温常压下的体积，根据密度求出二氧化碳的质量，然后根据发生的化学反应方程式算出矿石A中碳酸钙的质量，进而求出矿石A中碳酸钙的质量分数．
【实验步骤】
①连接装置并检查装置气密性；
②在试管B中加入10克矿石A，分液漏斗中加入足量的稀盐酸，C、D管中加入一定量的水，C管的液面上加一 层油，并将分液漏斗A和试管B用长导管E连接起来．
③记录C中液面刻度（C为带有刻度的玻璃管）；
④由A向B中滴加稀盐酸至过量；
⑤待B中不再有气体产生并恢复至室温后，记录C中B
液面刻度，计算得到气体的体积为V mL（经查，该气体密度为ρg/L）；
⑥计算气体的质量并由此求出矿石A中碳酸钙的质量分数
【实验分析】
（1）小明同学认为在实验前要将矿石A 全磨成粉末状，你认为他的目的是：使矿石A中的碳酸钙能被稀盐酸充分反应完；
（2）小洁同学认为该实验的设计中最经典的是连接仪器A和仪器B的橡胶管E，你认为如果没有橡胶管E，则会对实验结果产生何种影响？滴加的稀盐酸会将试管B中空气排入C管中，使测得的二氧化碳的体积偏大
（3）检查该装置的气密性时，如图准备好装置，在C、D两管中装好水且液面相平，提高D管，C、D管之间能产生稳定的液面差，则气密性良好；
（4）通常实验前须估算药品用量，如果实验过程中，发现盐酸的量不足，应中途加酸还是重新实验：清判断并说明理由重新实验，因为中途加酸，装置中的气体会逸出．
（5）实验结束时同学们才发现由于粗心，小伟将植物油加到了D管的水面上，大家一致认为由于该粗心将会导致测得的矿石A中碳酸钙的质量分数产生误差，你认为该误差是偏小（填偏大或偏小）．
（6）化学老师看了他们的实验设计后，对他们的设计方案和合作意识、探究精神都给予了很高的评价，并对他们进行启发：二氧化碳的质量可以根据质量守恒定律，测反应前后烧杯中剩余物质的质量之差来求得，于是他们又在烧杯中进行了如下的实验测定：

实验次数 项目	第一次	第二次	第三次
所取矿石A的质量/g	12	12	15
所加稀盐酸的质量/g	120	150	100
剩余物质的质量	127.6	157.6	110.6

请你和他们一起完成实验数记的分析和计算：
①当所取矿石A和稀盐酸的质量比3：25时，矿石A和稀盐酸恰好完全反应．
②矿石A中碳酸钙的质量分数是多少？
③所用稀盐酸的溶质质量分数是多少？

Answer 1

分析 【实验分析】
（1）从将石灰石全磨成粉末状，能增大石灰石与稀盐酸的接触面积使反应速率更快去分析解答；
（2）从如果没有橡胶管E，加入稀盐酸也会占据一定体积，使测得的二氧化碳的体积偏大，导致实验结果偏大去分析解答；
（3）从如气密性不好，根据连通器原理两侧两端液面相平去分析解答；
（4）从如果中途加酸会导致装置中气体漏出影响实验结果去分析解答；
（5）从实验中将植物油加到了C管的水面上，其目的是防止产生的二氧化碳气体溶于水或与水发生反应去分析解答；
（6）①从表中数据：三次生成二氧化碳的质量都相等，但加入稀盐酸的质量和石灰石的质量不相等去分析解答；
②根据12g石灰石完全反应生成二氧化碳的质量为4.4g去分析解答；
③根据100g稀盐酸完全反应生成二氧化碳的质量为4.4g去分析解答．【解答】

解答 解：【实验分析】
（1）实验前要将石灰石全磨成粉末状，能增大石灰石与稀盐酸的接触面积使反应速率更快；
（2）如果没有橡胶管E，加入稀盐酸也会占据一定体积，使测得的二氧化碳的体积偏大，导致实验结果偏大；
（3）检查该装置的气密性时，如图准备好装置，在C、D两管中装好水且液面相平，提高D管，C、D管液面产生固定的液面差，则气密性良好，否则根据连通器原理两侧两端液面相平；
（4）通常实验前须估算药品用量，如果实验过程中，发现盐酸的量不足，如果中途加酸会导致装置中气体漏出影响实验结果，故应重新实验；
（5）实验中将植物油加到了C管的水面上，其目的是防止产生的二氧化碳气体溶于水或与水发生反应，导致测得二氧化碳的体积偏小，从而使碳酸钙的质量分数偏小；
（6）①由表中数据：第一次生成二氧化碳质量为：12g+120g-127.6g=4.4g，第二次生成二氧化碳的质量：12g+150g-157.6g=4.4g；二者生成二氧化碳的质量相同，加入石灰石的质量都是12g，但是第二次加入酸的质量是150g，说明12石灰石中的碳酸钙完全反应生成二氧化碳的质量为：4.4g；第三次生成二氧化碳的质量为：15g+100g-110.6g=4.4g，石灰石的质量增加到了15g，但是二氧化碳的质量却没有增加，说明100g稀盐酸完全反应可生成4.4g二氧化碳；故12g石灰石和100g稀盐酸恰好完全反应，其质量比为：12g：100g=3：25；故答案为：3：25；
②由上面①的分析可知12g石灰石完全反应生成二氧化碳的质量为4.4g，设：矿石A中碳酸钙的质量分数为x，
        CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
        100                   44
        12g×x                4.4g
$\frac{100}{12g×x}$=$\frac{44}{4.4g}$ 
      x=83.3%
答：矿石A中碳酸钙的质量分数为83.3%
③由上面①的分析可知100g稀盐酸完全反应生成二氧化碳的质量为4.4g，设所用稀盐酸的溶质质量分数y，
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
       73             44
      100g×y         4.4g
$\frac{73}{100g×y}$=$\frac{44}{4.4g}$
y=7.3%
答：稀盐酸的溶质质量分数为7.3%．
故答案为：
（1）使矿石A中的碳酸钙能被稀盐酸充分反应完
（2）滴加的稀盐酸会将试管B中空气排入C管中，使测得的二氧化碳的体积偏大．
（3）C、D管之间能产生稳定的液面差（4）重新实验，因为中途加酸，装置中的气体会逸出．（5）偏小（6）①3：25（或12：100）②83.3%   ③7.3%

点评 本题是对实验和计算的综合考查，考查了不同实验方案的分析同时也考查了根据化学式的计算，是中考的重点和热点．