Question

15．用作牙膏摩擦剂的轻质碳酸钙可以用矿石A来制备，某化学兴趣小组设计了2种转化流程，如图所示．
【生产流程】

【相关资料】
a．二氧化碳持续通入氢氧化钙溶液发生如下反应：
CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O，CaCO₃+H₂O+CO₂=Ca（HCO₃）₂；
b．碳酸氢钙微溶于水，微热易分解：Ca（HCO₃）₂$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$ CaCO₃↓+H₂O+CO₂↑；
c．生石灰与水充分反应后可得到颗粒非常细小的熟石灰浆．
【问题讨论】
（1）小王主张用流程①、②、④和操作Ⅱ的设计．请写出反应①和④的化学方程式：
①CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO₂↑；④Ca（OH）₂+Na₂CO₃=CaCO₃↓+2NaOH；
操作Ⅱ包括搅拌和过滤、洗涤、烘干等工序；该流程中，通过反应④可回收副产品NaOH．
（2）小李认为流程①、②、③和操作I比小王的主张更好，理由是：二氧化碳得到充分利用，节约原料；
（3）制轻质碳酸钙时，D为悬浊液（选填“悬浊液”或“溶液”），理由是：澄清石灰水中氢氧化钙浓度太小，生产效率很低．
（4）小李认为得到的产品中可能含有杂质Ca（HCO₃）₂，所以操作Ⅰ包括搅拌、微热和过滤、烘干等工序，以提高产率．
【产品含量测定】CaCO₃含量的测定：取20.0g产品，研成粉状后，按图进行实验．

（5）实验步骤：
①连接好装置，检查气密性； ②打开弹簧夹C，在A处缓缓通入一段时间空气；
③称量F的质量；   ④关闭弹簧夹C，慢慢滴加稀硫酸至过量，直至D中无气泡冒出；
⑤打开弹簧夹C，再次缓缓通一段时间空气；⑥称量F的质量，得前后两次质量差为8.7g．（6）问题探究
①产品研成粉的目的增大接触面积，充分反应；
②B装置的作用是除去空气中的二氧化碳；G装置的作用是防止空气中的二氧化碳进入F装置，
③若没有E装置，则测定的CaCO₃的质量分数会偏大（填“偏大”、“偏小”、“不变”）．
称量F的质量，得前后两次质量差为8.7g，可求得产品中CaCO₃的质量分数为98.86%．
【总结反思】
某同学设计上述实验方案测定牙膏中钙元素的质量分数：向一定量牙膏中加入过量稀盐酸，测定生成CO₂的质量，据此计算牙膏中钙元素的质量分数．小李同学认为即使排除实验仪器和操作的影响，上述测定的结果仍不一定准确，理由是二氧化碳能溶于水．

Answer 1

分析 （1）碳酸钙能分解生成氧化钙，氧化钙能与水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙能与二氧化碳或碳酸钠反应生成碳酸钙，生成的碳酸钙不溶于水，可以通过过滤的方法从溶液中分离出来；
（2）根据物质的循环利用分析；
（3）根据氢氧化钙的溶解性分析；
（4）根据题中信息二氧化碳过量会生成碳酸氢钙以及碳酸氢钙微热分解的性质分析；
（5）根据流程图及实验原理，要测定碳酸钙的质量分数，可测定生成的二氧化碳的质量，可利用F装置吸收二氧化碳，在吸收之前需除去二氧化碳中的水分及空气中的二氧化碳，因此要利用除去二氧化碳的空气将生成的二氧化碳全部排到F装置中．
【总结反思】根据二氧化碳的溶解性解答．

解答 解：（1）①碳酸钙高温分解生成氧化钙和二氧化碳，②生成的氧化钙与水反应生成氢氧化钙，故B为二氧化碳，C为氧化钙，生成的D为氢氧化钙，③氢氧化钙与二氧化碳反应生成碳酸钙沉淀和水，④氢氧化钙能与碳酸钠发生复分解反应生成碳酸钙和氢氧化钠，生成的碳酸钙不溶于水，可以通过过滤的方法从溶液中分离出来，同时得到副产品氢氧化钠；
（2）流程①、②、③的③是将碳酸钙分解生成的二氧化碳加以利用，节约了原料；
（3）澄清石灰水中氢氧化钙浓度太小，生产效率很低．悬浊液中含有氢氧化钙较多，得到的轻质碳酸钙多；
（4）由题中信息二氧化碳持续通入氢氧化钙溶液发生如下反应：CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O，CaCO₃+H₂O+CO₂=Ca（HCO₃）₂；碳酸氢钙微溶于水，微热易分解：Ca（HCO₃）₂═CaCO₃↓+H₂O+CO₂↑可知将碳酸氢钙转化成碳酸钙可以采用微热的方法；
（6）①为增大反应物的接触面积，加快反应速率，让反应物充分反应，可将产品研成粉末；
②根据流程图装置分析，要通过测定生成的二氧化碳的质量计算碳酸钙的含量，则需将生成的二氧化碳用除去二氧化碳的空气全部排出，因此B装置的作用是除去空气中的二氧化碳；E装置是除去生成的二氧化碳中的水，F装置是吸收生成的二氧化碳，G装置的作用是防止空气中的二氧化碳进入F装置；
③若没有E装置，生成的二氧化碳气体中含有水分而使二氧化碳的质量增大，则测定的CaCO₃的质量分数会偏大．
称量F的质量，得前后两次质量差为8.7g，故生成的二氧化碳的质量为8.7g
设碳酸钙的质量为x
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                   44
x                    8.7g
$\frac{100}{x}$=$\frac{44}{8.7g}$
  x=19.77g
故碳酸钙的质量分数为：$\frac{19.77g}{20g}$×100%=98.86%；
【总结反思】利用碳酸钙与盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，通过所设计的方案测量完全反应产生气体二氧化碳的质量，然后根据反应的化学方程式计算参加反应碳酸钙的质量，求得牙膏中碳酸钙的质量分数；二氧化碳能溶于水，而会使测得的二氧化碳体积偏小．
故答案为：（1）CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO₂↑，Ca（OH）₂+Na₂CO₃=CaCO₃↓+2NaOH，过滤，NaOH；
（2）二氧化碳得到充分利用，节约原料；
（3）悬浊液，澄清石灰水中氢氧化钙浓度太小，生产效率很低；
（4）微热；
（5）①增大接触面积，充分反应；
②除去空气中的二氧化碳，防止空气中的二氧化碳进入F装置；
③偏大，98.86%；
【总结反思】二氧化碳能溶于水．

点评 本题考查了碳酸钙、氧化钙和氢氧化钙的相互转化以及化学方程式的书写、根据化学方程式计算、判断物质的组成等方面的问题．