Question

广西有大量的石灰石，为了测定某地石灰石中碳酸钙的质量分数（假设杂质不参加反应，且不溶于水），某兴趣小组的同学设计了三个实验方案并进行了如下探究：
方案I：①称取石灰石样品10g②高温煅烧至质量不再改变，然后把剩余固体放在密闭干燥的容器中冷却至室温，称得剩余固体质量为6.04g．
方案Ⅱ：①称取石灰石样品10g　②加入足量的质量分数为10%的稀盐酸100g，使碳酸钙完全溶解　③过滤后在滤液中加入过量的质量分数为15%的碳酸钠溶液150g④将步骤③中的沉淀过滤、洗涤、干燥，称得沉淀质量为9g．
方案Ⅲ：①称取石灰石样品lO g②加入足量的稀盐酸，使碳酸钙全部溶解
③用导管将生成的气体通入澄清石灰水（过量）　④将步骤③中生成的沉淀过滤、洗涤、干燥，称得沉淀质量为8.8g．
根据上述回答问题：
（1）在方案I中冷却剩余固体为什么要在密闭干燥的容器中进行？
（2）某同学根据方案I计算碳酸钙的质量分数过程如下：设石灰石中碳酸钙的质量为X，则
CaCO₃ CaO+CO₂↑
100　　　　 56
x　　　　 6.04g
　 x=lO．78g
CaCO₃%=×100%=107.8%
以上解法得出碳酸钙的质量分数超过100%，造成计算结果错误的原因是______，正确的计算结果是______．
（3）方案Ⅱ中求碳酸钙的质量分数时，下列数据不需要的是______（填序号）．
A．10%、100g　　B．10g　　C．15%、150g　 D．9g
（4）通过对三个方案中的碳酸钙质量分数的计算可知，方案Ⅲ计算得出的碳酸钙质量分数要比方案工和方案Ⅱ低，你认为其中可能的原因是下面的______（填序号）．
A．生成的二氧化碳有部分溶于水　　B．导管中仍有部分二氧化碳未排出．
C．生成的沉淀不应该洗涤和干燥　　D．稀盐酸不应加足量
（5）请你另外设计一个实验方案，测定石灰石中碳酸钙的质量分数．（提示：可以从求杂质的角度来分析）

Answer 1

解：
（1）石灰石高温煅烧后生成氧化钙和二氧化碳，氧化钙能吸收空气中的水分，冷却时要在密闭干燥容器中进行；
（2）因为剩余固体质量6.04g包含了杂质质量，所以得出碳酸钙的质量分数超过100%；
生成二氧化碳质量=10g-6.04g=3.96g，
设生成3.96g二氧化碳，需碳酸钙质量为x
CaCO₃ CaO+CO₂↑
100 44
x 3.96g
x=9g
CaCO₃%=×100%=90%
（3）方案Ⅱ是：碳酸钙与过量稀盐酸反应生成氯化钙，氯化钙和过量碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀，生成碳酸钙的质量等于石灰石中碳酸钙的质量，其中只需知道稀盐酸与碳酸钠过量即可，不需知道具体数据，故选AC；
（4）方案Ⅲ是：根据生成的二氧化碳与氢氧化钙反应，生成碳酸钙质量来计算石灰石中碳酸钙的质量分数，而二氧化碳溶于水且导管中仍有部分二氧化碳未导出，计算得出的碳酸钙质量分数要比方案工和方案Ⅱ低，故选AB；
（5）杂质不参与反应，且不溶于水设计实验：
实验步骤：①称取石灰石样品W₁g； ②加入足量的盐酸，使碳酸钙全部溶解；③过滤、洗涤、干燥，称量不溶物（即杂质）的质量为W₂g；④根据（W₁-W₂）/W₁×100%，即可求出碳酸钙的质量分数．
故答案为：
（1）因为剩余固体中的氧化钙能吸收空气中的水分
（2）剩余固体质量6.04g包括了杂质的质量；90%；
（3）AC；
（4）AB；
（5）实验步骤：①称取石灰石样品W₁g； ②加入足量的盐酸，使碳酸钙全部溶解；③过滤、洗涤、干燥，称量不溶物（即杂质）的质量为W₂g；④根据（W₁-W₂）/W₁×100%，即可求出碳酸钙的质量分数．
分析：（1）根据石灰水高温煅烧后生成物的性质解答；
（2）根据二氧化碳的质量，可求参加反应的碳酸钙的质量，从而可求石灰石中碳酸钙的质量分数．
（3）根据求碳酸钙质量分数所需数据来解答；
（4）方案Ⅲ是根据生成碳酸钙质量来计算石灰石中碳酸钙的质量分数，其中生成二氧化碳质量是关键；
（3）根据杂质不参加反应，且不溶于水，来设计实验．
点评：本题是运用化学中的基本思想质量守恒思想，通过归纳碳酸钙在不同变化过程中相同点和不同点有效地寻找出它们之间的内在联系以及融合点和嫁接点，从而培养了学生的创新思维能力．