Question

5．牙膏是生活中常见的物质，其配料成分有摩擦剂、增稠剂、发泡剂等，其中摩擦剂的类型有很多，如CaCO₃、Al（OH）₃、SiO₂或这些物质的混合物．我校兴趣小组想研究牙膏摩擦剂的成分．
【提出问题】该牙膏中CaCO₃的质量分数是多少？
【实验装置】

【实验步骤】
（1）按上图连接好装置后，发现一处明显的错误，改正为C装置中进气管伸入液面以下，出气管稍露出橡皮塞即可；
（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%的稀盐酸，至不再有气泡产生，停止滴加稀盐酸；
（5）关闭K₂，打开K₁，缓慢地通入空气至C中不再产生沉淀；
（6）将C装置中的固液混合物过滤、洗涤、烘干后称量其质量；
（7）重复实验．（已知此品牌牙膏中的摩擦剂为碳酸钙，且其他成分不和盐酸反应，装置内试剂均足量．）
【实验数据】重复实验，3次数据记录如下：

实验次数	实验1	实验2	实验3
C装置中沉淀质量（g）	3.93	3.94	3.95

【实验分析及数据处理】
（1）三次实验取平均值的意义是减小偶然误差．
（2）实验步骤（5）中缓慢通空气的目的是将产生的二氧化碳全部吸收．
（3）若没有A装置，则测定结果将偏大．（填“偏大”、“偏小”或“不变”）
（4）D装置的作用是吸收空气中的二氧化碳，防止干扰．
（5）据上表数据，计算该牙膏样品中CaCO₃的质量分数是多少？写出计算过程：
【实验反思】
下列各项措施中，能提高测定准确度的是c（填序号）．
a．在装置A、B之间增加盛有浓硫酸的洗气瓶
b．在装置B、C之间增加盛有饱和碳酸氢钠的洗气瓶
c．缓缓滴加稀盐酸．

Answer 1

分析 【实验步骤】依据碳酸根离子的检验方法分析解答，并据反应原理书写方程式；
（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；
（4）依据装置设计原理和实验目的分析解答；
（6）将C装置中的固体混合物过滤、洗涤、烘干后称量其质量更准确；
【实验分析及数据处理】
（1）多次测量，求其平均值是实验的常用方法，可减少误差；
（2）需要将产生的二氧化碳全部吸收；
（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）D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；
（5）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；
【实验反思】
在装置B、C之间增加盛有饱和碳酸氢钠的洗气瓶，可以防止挥发出的氯化氢气体等进入C装置，碳酸氢钠与盐酸反应生成二氧化碳；缓缓滴加稀盐酸可使生成的二氧化碳反应完全，使测量结果更准确．

解答 解：【实验步骤（1）C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；
（4）关闭K₁，打开K₂，向牙膏样品中滴入10%的盐酸，至不再生成气体，停止滴加盐酸；
（6）将C装置中的固体混合物过滤、洗涤，除去表面的其他物质，然后烘干后称量其质量更准确；
【实验分析及数据处理】
（1）多次测量，求其平均值是实验的常用方法，可减少误差；
（2）实验步骤（5）中缓慢通空气是为了将产生的二氧化碳全部吸收；
（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）D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；
（5）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，并进而计算牙膏中碳酸钙的质量，计算过程如下；
设二氧化碳的质量为x
Ba（OH）₂+CO₂═BaCO₃↓+H₂O
          44               197
          x              3.94g
  $\frac{44}{197}=\frac{x}{3.94g}$
  x=0.88g 
设碳酸钙的质量为y
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                                      44
y                                      0.88g
$\frac{100}{44}=\frac{y}{0.88g}$
y=2g
碳酸钙的质量分数为：$\frac{2g}{8g}×100%$=25%
【实验反思】
在装置A、B之间增加盛有浓硫酸的洗气瓶，是吸收水蒸气，而水蒸气对于二氧化碳无影响；在装置B、C之间增加盛有饱和碳酸氢钠的洗气瓶，则由B中挥发出来的氯化氢气体会与洗气装置中的NaHCO₃反应，生成二氧化碳气体，使测定结果偏高；缓缓滴加稀盐酸可使生成的二氧化碳反应完全，使测量结果更准确；
故答案为：【实验方案】
（1）C装置中进气管伸入液面以下，出气管稍露出橡皮塞即可；
（2）检查装置的气密性；
（4）不再有气泡产生；
（6）洗涤；
【实验分析及数据处理】
（1）减小偶然误差；
（2）将产生的二氧化碳全部吸收；
（3）偏大；
（4）吸收空气中的二氧化碳，防止干扰；
（5）设二氧化碳的质量为x
Ba（OH）₂+CO₂═BaCO₃↓+H₂O
             44               197
             x              3.94g
  $\frac{44}{197}=\frac{x}{3.94g}$
  x=0.88g 
设碳酸钙的质量为y
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                                      44
y                                      0.88g
$\frac{100}{44}=\frac{y}{0.88g}$
y=2g
碳酸钙的质量分数为：$\frac{2g}{8g}×100%$=25%
答：该牙膏样品中碳酸钙的质量分数是25%；
【实验反思】c．

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．