Question

7．为测定碳酸钙的纯度（设含杂质SiO₂），某兴趣小组的同学设计了如下几个实验方案：
方案Ⅰ
①称取碳酸钙样品M g
②用c₁mol/L的盐酸V₁ mL（过量）溶解样品
③取溶解后的溶液体积的十分之一，用c₂ mol/L的NaOH溶液滴定，恰用去V₂ mL．
方案Ⅱ
①称取碳酸钙样品M g
②高温煅烧直至质量不再改变，冷却后称量，剩余固体质量为M₁g
方案Ⅲ
①称取碳酸钙样品M g
②加入足量c mol/L的盐酸V mL使之完全溶解
③过滤并取滤液
④在滤液中加入过量c₁ mol/L的Na₂CO₃溶液V₁ mL
⑤将步骤④中的沉淀滤出、洗涤、干燥、称重，质量为M₁g．
根据以上实验方案，回答以下问题：
（1）方案Ⅰ中计算碳酸钙纯度的公式为$\frac{0.1{c}_{1}{V}_{1}-{c}_{2}{V}_{2}}{2M}$×100%．
（2）方案Ⅱ中的“冷却”应如何操作？应该在干燥器中冷却；理由是防止生成的CaO与空气中的CO₂、H₂O反应，造成误差．
（3）方案Ⅲ中不需要的数据是AB（填选项编号）．
A．c、V      B．c₁、V₁      C．M₁      D．M
（4）方案Ⅲ中为了减少实验误差，必要的操作是C（填选项编号）．
A．精确测定Na₂CO₃溶液的体积V₁ mL
B．精确配制Na₂CO₃溶液，使其浓度为c₁ mol/L
C．将步骤③所得沉淀洗涤，洗涤液并入④中
（5）请再设计一个实验方案：称取CaCO₃样品Mg，加入过量的盐酸，收集并测定标准状况下生成的气体的体积VmL．

Answer 1

分析 （1）碳酸钙与盐酸反应后剩余盐酸的十分之一被氢氧化钠溶液中和，则与碳酸钙反应的盐酸为C₁V₁×10^-3-10C₂V₂×10^-3，则碳酸钙物质的量为0.5（C₁V₁×10^-3-10C₂V₂×10^-3），据此计算碳酸钙纯度；
（2）因CaO会与空气发生反应，所以放在干燥器中冷却；防止生成的CaO与空气中的CO₂、H₂O反应，造成误差；
（3）方案Ⅲ是利用固体质量称量来计算碳酸钙的纯度，据此分析判断；
（4）减小误差主要是盐酸溶解后的钙离子全部转移后沉淀出；
（5）实验设计可以利用一定质量的固体中加入过量盐酸充分反应后测定生成二氧化碳气体在标准状况下的气体体积，利用碳元素守恒计算碳酸钙的纯度．

解答 解：（1）碳酸钙与盐酸反应后剩余盐酸的十分之一被氢氧化钠溶液中和，则与碳酸钙反应的盐酸为C₁V₁×10^-3-10C₂V₂×10^-3，则碳酸钙物质的量为0.5（C₁V₁×10^-3-10C₂V₂×10^-3），所以碳酸钙纯度为$\frac{0.1{c}_{1}{V}_{1}-{c}_{2}{V}_{2}}{2M}$×100%，
故答案为：$\frac{0.1{c}_{1}{V}_{1}-{c}_{2}{V}_{2}}{2M}$×100%；
（2）因CaO会与空气中的CO₂、H₂O发生反应，所以放在干燥器中冷却，防止生成的CaO与空气中的CO₂、H₂O反应，造成误差；
故答案为：应该在干燥器中冷却；防止生成的CaO与空气中的CO₂、H₂O反应，造成误差；
（3）加入过量盐酸，碳酸钙全部溶解为氯化钙溶液，加入过量碳酸钠会沉淀钙离子为碳酸钙沉淀，所以最后洗涤干燥得到的沉淀质量即为样品中碳酸钙质量，计算得到质量分数，需要数据是称取碳酸钙样品 M g，将步骤（4）中的沉淀滤出、洗涤、干燥、称重为M′g，不需要的数据是浓度和体积，
故答案为：AB；
（4）为减少实验误差，必要的操作是，减小误差主要是盐酸溶解后的钙离子全部转移后沉淀出；
A．精确测定Na₂CO₃溶液体积V′mL，利用的是沉淀质量，碳酸钠溶液过量沉淀钙离子完全即可，故A不符合；
B．精确配制浓度c′mol/L Na₂CO₃溶液，利用的是沉淀质量，碳酸钠溶液过量沉淀钙离子完全即可，与碳酸钠浓度精确度无关，故B不符合；
C．将步骤③所得沉淀洗涤，洗涤液也应并入④中，保证溶解的钙离子重新全部沉淀出来，故C符合；
故答案为：C；
（5）利用一定质量的固体中加入过量盐酸充分反应后测定生成二氧化碳气体在标准状况下的气体体积，利用碳元素守恒计算碳酸钙的纯度，具体方案为：称取CaCO₃样品M g，加入过量的盐酸，收集并测定标准状况下生成的气体的体积VmL，
故答案为：称取CaCO₃样品M g，加入过量的盐酸，收集并测定标准状况下生成的气体的体积VmL．

点评 本题考查了探究碳酸钙样品的含量、性质实验方案的设计与评价，题目难度中等，注意掌握实验过程中的数据分析与应用方法，明确评价实验方案的原则．