Question

19．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．我校化学兴趣小组同学想研究牙膏摩擦剂的成分．
[实验探究一]某品牌牙膏中是否含有CaCO₃？
[查阅资料]二氧化硅不与稀盐酸反应
[实验方案]

实验操作	实验现象	实验结论
①取少量样品于试管中，滴加稀盐酸；	①产生气泡	该牙膏样品中含有CaCO3
②将产生的气体通入澄清的石灰水中	②石灰水变浑浊

[实验探究二]该牙膏中CaCO₃的含量是多少？
[实验装置]利用如图所示装置（图中夹持仪器略去）进行实验，充分反应后，测定C中生成的BaCO₃沉淀质量，以确定碳酸钙的质量分数．

[友情提示]
（1）氢氧化钡跟氢氧化钙的性质类似，CO₂+Ba（OH）₂═BaCO₃↓+H₂O；
（2）CO₂的相对分子质量为44，CaCO₃的相对分子质量为100，BaCO₃的相对分子质量为197；
（3）以上药品均足量，且每步反应或作用都是完全的．
[实验步骤]
（1）按上图连接好装置后，检查装置的气密性；
（2）在B装置中加入牙膏样品8.00g；
（3）先断开装置C，打开K₁，关闭K₂，通入空气一段时间，目的是排除装置内的空气
--，再接上装置C；关闭K₁，打开K₂（选填“打开”或“关闭”），向牙膏样品中滴入10%的盐酸，至不再产生气泡为止，停止滴加盐酸；然后再
打开K₁，关闭K₂（选填“打开”或“关闭”），缓缓通入空气至C中不再产生沉淀为止，目的是将留在装置内的二氧化碳排到装置C中；
（4）将C装置中的固液混合物过滤、洗涤、烘干后称量其质量；
（5）重复实验．
[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）装置A的作用是2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O（用化学方程式表示），若没有A装置，则测定结果将偏大（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）．
（2）装置B中产生气体的化学方程式CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑．
（3）装置D的作用是防止空气中的二氧化碳进入到装置C内，产生误差．
（4）据上表数据，取C装置中沉淀质量的平均值为3.94g，目的是减小偶然误差，使实验数据更准确；由产生沉淀的质量可计算出反应生成二氧化碳的质量，然后可求出牙膏样品中CaCO₃的质量分数为25%．

Answer 1

分析 【实验方案】根据碳酸根离子的检验方法分析设计实验；
【实验步骤】根据装置内的二氧化碳会与氢氧化钡反应，导致沉淀质量增大而产生误差，所以应该先将装置内的空气排净，然后滴入盐酸和碳酸钙发生反应生成二氧化碳，反应结束再用除去二氧化碳的空气将装置内的二氧化碳全部赶到氢氧化钡溶液中完全反应；
【实验分析及数据处理】（1）根据氢氧化钠和二氧化碳反应会生成碳酸钠和水，没有A装置，空气中的二氧化碳能被氢氧化钡吸收进行分析；
（2）根据碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳进行分析；
（3）根据碱石灰能够吸收水和二氧化碳进行分析；
（4）根据为了减小实验误差，应该多次测量求出平均值，结合碳酸钙和盐酸反应会生成二氧化碳，二氧化碳和氢氧化钡会生成碳酸钡沉淀之间的关系进行解答．

解答 解：【实验方案】由于碳酸钙与盐酸反应生成了二氧化碳气体，二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊，所以设计实验如下：

实验操作	实验现象	实验结论
①取少量样品于试管中，滴加稀盐酸；	①产生气泡	该牙膏样品中含有CaCO3
②把生成的气体通入澄清石灰水中．	②石灰水变浑浊

【实验步骤】（3）装置内的二氧化碳会与氢氧化钡反应，导致沉淀质量增大而产生误差，所以应该先将装置内的空气排净，然后滴入盐酸和碳酸钙发生反应生成二氧化碳，反应结束再用除去二氧化碳的空气将装置内的二氧化碳全部赶到氢氧化钡溶液中完全反应，所以先断开装置B和C，打开K₁，关闭K₂，通入空气一段时间，目的是赶尽装置中的空气；再接上装置B和C，关闭K₁，打开K₂；向牙膏样品中滴入10%的盐酸，至不再产生气泡为止，停止滴加盐酸；然后再打开K₁，关闭K₂，缓缓通入空气至C中不再产生沉淀为止，目的是：将反应生成的二氧化碳气体赶到装置C中充分反应；
【实验分析及数据处理】（1）氢氧化钠和二氧化碳反应会生成碳酸钠和水，化学方程式为：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O，若没有A装置，空气中的二氧化碳能被氢氧化钡吸收，则测定结果将偏大；
（2）碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，化学方程式为：CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；
（3）碱石灰能够吸收水和二氧化碳，所以装置D的作用是：防止空气中的二氧化碳气体 进入装置C中，产生误差；
（4）C装置中沉淀质量的平均值为$\frac{3.93g+3.94g+3.95g}{3}$=3.94g，
设反应生成二氧化碳的质量为x，牙膏中含有碳酸钙质量为y，碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，二氧化碳和氢氧化钡反应生成碳酸钡沉淀和水，所以
BaCO₃---CO₂---CaCO₃
197      44    100   
3.94g     x     y
$\frac{197}{3.94g}=\frac{44}{x}=\frac{100}{y}$
x=0.88g，
y=2g
所以牙膏样品中CaCO₃的质量分数为：$\frac{2g}{8g}×100%$=25%．
故答案为：

①稀盐酸	①产生气泡
	②石灰水变浑浊

【实验探究二】
（3）排除装置内的空气；关闭；打开；打开；关闭；将留在装置内的二氧化碳排到装置C中；
（1）2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O；偏大；
（2）CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑；   
（3）防止空气中的二氧化碳进入到装置C内，产生误差；
（4）3.94；0.88；25%．

点评 化学实验现象是化学实验最突出、最鲜明的部分，也是进行分析推理得出结论的依据，掌握物质的性质和相互之间的反应关系，并有助于提高观察、实验能力．