Question

2．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K₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2KCl．

【提出问题2】该牙膏中CaCO₃的质量分数是多少？
【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ag；
（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）关闭K₂打开K₁，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、烘干后称量其质量为mg．计算该牙膏样品中碳酸钙的质量分数$\frac{100m}{197a}×100%$（用含a、m的代数式表示）
【实验分析】
（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．

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；
（6）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；

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；
（6）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；
设碳酸钙的质量为x
Ba（OH）₂+CO₂═BaCO₃↓+H₂O
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
则CO₂～BaCO₃～CaCO₃
      197     100          
       mg     x

$\frac{197}{mg}=\frac{100}{x}$
x=$\frac{100m}{197}g$
该牙膏样品中碳酸钙的质量分数=$\frac{\frac{100m}{197}g}{ag}×$100%=$\frac{100m}{197a}×100%$
【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；
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；
（6）$\frac{100m}{197a}×100%$
【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

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．