Question

15．为了测定某种大理石废料中碳酸钙的含量，某研究小组的同学取50g该大理石样品，分5次加入200g稀盐酸（假设杂质不与盐酸反应，也不溶于水）进行充分反应．实验过程中的数据记录如下：

稀盐酸的质量	第一次 40g	第二次 40g	第三次 40g	第四次 40g	第五次 40g
剩余固体质量	40.0g	30.0g	20.0g	10.0g	5.0g

（1）写出实验中发生反应的化学方程式CaCO₃+2HCl═CaCl₂+CO₂↑+H₂O；
（2）根据已知条件列出求解50g大理石样品生成二氧化碳质量（x）的比例式$\frac{100}{45g}=\frac{44}{x}$；
（3）小组同学用质量分数为36.5%的浓盐酸配制200g上述稀盐酸，需要浓盐酸和水的质量比为1：1；
（4）向第一次反应后所得溶液中加入54.4g水，则所得溶液的溶质质量分数为11.1%；
（5）某工厂要想制得280t含杂质19%的生石灰，理论上需要这种大理石废料的质量为450t．

Answer 1

分析 （1）碳酸钙与稀盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，据此书写方程式；
（2）第5次加入40g盐酸，固体减少5g，说明样品中碳酸钙反应完毕，依据碳酸钙的总质量计算生成的二氧化碳的总质量，列出比例式；
（3）根据第一次加入40g稀盐酸，导致固体由50g变成了40g，减少了10g，第三次也是有20g变成10g，说明每加入40g盐酸能够使固体减少10g，依据杂质不与盐酸反应，反应的是碳酸钙，结合方程式计算出所用稀盐酸溶质的质量分数，并据溶质的质量分数式分析解答；
（4）利用第一次实验所消耗碳酸钙的量，根据反应的化学方程式，计算出生成的氯化钙的质量，由溶质的质量分数公式，求出加入水后溶液中溶质的质量分数；
（5）由50g样品中杂质的质量是5g，计算样品中碳酸钙的纯度，并据碳酸钙分解的反应方程式计算需要大理石的质量．

解答 解：（1）碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，反应的方程式是：CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑；
（2）要求生成二氧化碳的总质量，则须求出所有碳酸钙反应生成的二氧化碳的质量，第5次加入40g盐酸，固体减少5g，说明样品中碳酸钙反应完毕，所以碳酸钙的总质量是50g-5g=45g
设45g碳酸钙与盐酸反应生成二氧化碳的总质量是x
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                   44
45g                   x
则求解生成二氧化碳总质量的比例式是：$\frac{100}{45g}=\frac{44}{x}$；
（3）第一次加入40g稀盐酸，导致固体由50g变成了40g，减少了10g，第三次也是有20g变成10g，说明每加入40g盐酸反应10g碳酸钙
设反应10g碳酸钙需要盐酸溶质的质量是y
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100   73   
10g    y
$\frac{100}{10g}=\frac{73}{y}$
解得x=7.3g
40g稀盐酸含有溶质的质量是7.3g，则200g稀盐酸中含有溶质的质量是7.3g×5=36.5g；
需要浓盐酸的质量是$\frac{36.5g}{36.5%}$=100g，需要水的质量=200g-100g，所以需要浓盐酸和水的质量比=100g：100g=1：1；
（4）第一次反应的碳酸钙的质量是10g，设生成的二氧化碳的质量是a，生成氯化钙的质量是b
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100          111      44
10g           b       a
$\frac{100}{10g}=\frac{111}{b}=\frac{44}{a}$
a=4.4g
b=11.1g
所以向第一次反应后所得溶液中加入54.4g水，所得溶液的溶质质量分数是$\frac{11.1g}{10g+40g+54.4g-4.4g}$×100%=11.1%；
（5）根据以上分析，该大理石中碳酸钙的质量分数是：$\frac{45g}{50g}$×100%=90%
设需要这种大理石的质量为m
CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO₂↑
100        56
m×90%    280t×（1-19% ）
$\frac{100}{m×90%}=\frac{56}{280t×（1-19%）}$
 m=450t
答：理论上需要这种大理石废料的质量为450t．
故答案为：
（1）CaCO₃+2HCl═CaCl₂+CO₂↑+H₂O；
（2）$\frac{100}{45g}=\frac{44}{x}$；
（3）1：1；
（4）11.1%；
（5）450t．

点评 本题考查综合、全面，分析透彻每次加入40g稀盐酸固体剩余物质量的变化，对反应进行的情况进行判断，这是解决本题的基础，该题可很好考查学生分析、解决问题的能力，本题涉及的方程式计算较多，要找准已知量，细心分析．