Question

11．牙膏摩擦剂的类型很多，如CaCO₃，SiO₂或它们的混合物．某兴趣小组对牙膏摩擦剂的成分进行了如下探究．
【提出问题1】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】①取少量牙膏于试管中，加入适量的稀盐酸，出现气泡，将气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊，证明摩擦剂中含有CO₃^2-（填阴离子符号） ②取实验①中的溶液，加入碳酸钾溶液，生成白色沉淀，请写出该反应的化学方程式K₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2KCl．
【提出问题2】该牙膏中CaCO₃的质量分数是多少？
【实验装置】

【实验步骤】
（1）按如图连接好装置后，发现一处明显的错误，改正为C中导管应“长进短出”；
（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%的盐酸，至B中无气泡产生时，停止滴加
盐酸；
（5）打开K₁（填“打开”或“关闭”）、并关闭K₂，缓缓通入空气； 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．
实验数据如图2（已知此品牌牙膏中的其他成分不和盐酸反应，装置内试剂均足量．）

【实验分析及数据处理】
（1）若没有A装置，则测定结果将偏大．（填“偏大”、“偏小”或“不变”）
（2）D装置的作用是吸收空气中的二氧化碳干扰，防止干扰实验测定．
（3）据上面数据，计算该牙膏样品中碳酸钙的质量分数是25%．
（ CO₂+Ba（OH）₂═BaCO₃↓+H₂O）

Answer 1

分析 【实验方案】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；
【实验步骤】（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；
（5）再次打开K₁，关闭K₂，缓缓通入一段时间空气，使生成的二氧化碳充分反应；
【实验分析及数据处理】
（1）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；
（2）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；
（3）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．

解答 解：【实验方案】①取少量牙膏于试管中，加入过量稀盐酸，出现气泡，将气体通入澄清石灰水中，石灰水变浑浊，说明生成二氧化碳，从而证明摩擦剂中含有碳酸根离子；
②实验①中的溶液中含有氯离子，加入碳酸钾溶液，生成白色沉淀-碳酸钙，说明该溶液中含有钙离子，反应的化学方程式是K₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2KCl；
【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；
（5）再次打开K₁，关闭K₂，缓缓通入一段时间空气，使生成的二氧化碳全部排出，充分反应，至C中不再产生沉淀；
【实验分析及数据处理】
（1）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；
（2）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；
（3）依据所测生成沉淀数据，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；
解：根据数据得生成沉淀为3.94g，设参加反应的二氧化碳的质量为x
Ba（OH）₂+CO₂═BaCO₃↓+H₂O
          44   197
          x    3.94g
$\frac{44}{x}=\frac{197}{3.94g}$
 x=0.88g 
设碳酸钙的质量为y
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                   44
y                    0.88g
$\frac{100}{y}=\frac{44}{0.88g}$
 y=2g
该牙膏样品中碳酸钙的质量分数=$\frac{2g}{8g}$×100%=25%．
故答案为：【实验方案】①CO₃^2-；②K₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2KCl；
【实验步骤】（1）C中导管应“长进短出”；
（2）检查装置的气密性；
（5）打开K₁，关闭K₂；
【实验分析及数据处理】
（1）偏大；（2）吸收空气中的二氧化碳干扰，防止干扰实验测定；（3）25%．

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，计算牙膏中碳酸钙的含量时，也可利用关系式法求解．