Question

某研究性学习小组的同学通过课外学习了解到：某品牌牙膏中含有摩擦剂、湿润剂、表面活性剂、粘合剂、香料、甜味剂等成分，其中的摩擦剂除了含有CaCO₃外，可能还含有Al（OH）₃、SiO₂中的一种或两种．为探究该品牌牙膏中摩擦剂的成分，该小组的同学进行了如图1实验（牙膏中其它成分遇到盐酸时无气体产生）：
请回答下列问题：

（1）操作Ⅰ中涉及到的玻璃仪器有：烧杯、

 

、

 

；
（2）写出下列操作过程涉及到的离子方程式：
操作Ⅲ：

 

，
操作Ⅳ：

 

；
（3）该摩擦剂中除CaCO₃外，肯定含有

 

；
（4）为进一步探究摩擦剂中碳酸钙的含量，该小组同学利用如图2所示装置（图中夹持仪器略去）进行实验．
请回答下列问题：
①实验过程中需持续缓缓通入空气．其作用除了可充分混合装置乙和丙中的反应物外，还有：

 

的作用；
②丙中主要反应的化学方程式是

 

；
③实验中准确称取4.00g样品三份，进行三次测定，测得BaCO₃的平均质量为1.97g，计算样品中碳酸钙的质量分数（要求有计算过程）；
④有同学认为只要测定装置丙在吸收CO₂前后的质量差，不必测定装置丙中生成的BaCO₃质量，一样可以确定碳酸钙的质量分数．你认为该方案是否可行？

 

，简述理由

 

．

Answer 1

考点：探究物质的组成或测量物质的含量

专题：实验探究和数据处理题

分析：操作Ⅰ得到沉淀A，则操作Ⅰ为过滤，沉淀A为不溶性物质，为碳酸钙、氢氧化铝和二氧化硅等；加入盐酸，碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，氢氧化铝和盐酸反应生成氯化铝和水，二氧化硅不反应，故通过操作Ⅱ即过滤得到的沉淀C为二氧化硅等不溶性物质，气体D为二氧化碳，溶液B中钙离子和铝离子，溶液B中加入过量氢氧化钠，铝离子生成偏铝酸钠，沉淀C和过量氢氧化钠反应生成偏硅酸钠和水，二氧化碳和过量澄清石灰水生成碳酸钙沉淀，据此分析；
（1）根据过滤操作分析所用仪器；
（2）溶液B中含钙离子和铝离子，溶液B中加入过量氢氧化钠，铝离子生成偏铝酸钠；沉淀C和过量氢氧化钠反应生成偏硅酸钠和水；
（3）通过操作Ⅲ证明沉淀A含氢氧化铝，通过操作Ⅳ证明沉淀A含二氧化硅；
（4）该实验方案是测定丙中生成的BaCO₃沉淀质量，确定生成的二氧化碳的质量，进而以确定碳酸钙的质量分数．
①实验装置中会残留部分二氧化碳，影响丙中二氧化碳质量的沉淀，需要通入空气将装置内的二氧化碳完全排入丙中被吸收；
②氢氧化钡和二氧化碳反应生成碳酸钡和水；
③根据碳酸钡的质量计算反应生成二氧化碳的物质的量，由碳元素守恒可知牙膏中n（CO₂）=n（CaCO₃），进而计算碳酸钙质量，根据质量分数定义计算；
④乙中的水蒸气、HCl气体会进入装置丙中使得CO₂称量结果偏大．

解答： 解：操作Ⅰ得到沉淀A，则操作Ⅰ为过滤，沉淀A为不溶性物质，为碳酸钙、氢氧化铝和二氧化硅等；加入盐酸，碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，氢氧化铝和盐酸反应生成氯化铝和水，二氧化硅不反应，故通过操作Ⅱ即过滤得到的沉淀C为二氧化硅等不溶性物质，气体D为二氧化碳，溶液B中钙离子和铝离子，溶液B中加入过量氢氧化钠，铝离子生成偏铝酸钠，沉淀C和过量氢氧化钠反应生成偏硅酸钠和水，二氧化碳和过量澄清石灰水生成碳酸钙沉淀，据此分析；
（1）过滤操作所用仪器为：烧杯、玻璃棒、漏斗、铁架台等；故答案为：玻璃棒；漏斗；
（2）溶液B中含钙离子和铝离子，溶液B中加入过量氢氧化钠，铝离子生成偏铝酸钠，反应的离子方程式为：Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，钙离子和氢氧化钠生成氢氧化钙沉淀，反应的离子方程式为：Ca²⁺+2OH^-=Ca（OH）₂↓；沉淀C和过量氢氧化钠反应生成偏硅酸钠和水，反应的离子方程式为：SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
故答案为：Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，Ca²⁺+2OH^-=Ca（OH）₂↓；SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
（3）溶液B中含钙离子和铝离子，溶液B中加入过量氢氧化钠，先生成沉淀，后部分溶解，说明含铝离子，铝离子生成偏铝酸钠，反应的离子方程式为：Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，钙离子和氢氧化钠生成氢氧化钙沉淀，反应的离子方程式为：Ca²⁺+2OH^-=Ca（OH）₂↓说明沉淀沉淀A中含氢氧化铝；二氧化硅和氢氧化钠反应生成硅酸钠和水，沉淀C能和氢氧化钠反应，故沉淀C为二氧化硅；故答案为：Al（OH）₃、SiO₂；
（4）该实验方案是测定丙中生成的BaCO₃沉淀质量，确定生成的二氧化碳的质量，进而以确定碳酸钙的质量分数．
①实验装置中会残留部分二氧化碳，影响丙中二氧化碳质量的沉淀，需要通入空气将装置内的二氧化碳完全排入丙中被吸收，步骤④通入空气的作用是把生成的CO₂气体全部排入丙中，使之完全被Ba（OH）₂溶液吸收，
故答案为：把生成的CO₂气体全部排入丙中，使之完全被Ba（OH）₂溶液吸收；
②氢氧化钡和二氧化碳反应生成碳酸钡和水，反应方程式为：Ba（OH）₂+CO₂=BaCO₃↓+H₂O，故答案为：Ba（OH）₂+CO₂=BaCO₃↓+H₂O；
③BaCO₃的质量为1.97g，其物质的量为

1.97g

197g/mol

=0.01mol，生成二氧化碳的物质的量为0.01mol，由碳元素守恒可知牙膏中n（CO₂）=n（CaCO₃）=0.01mol，碳酸钙质量为0.01mol×100g/mol=1g，牙膏中碳酸钙的质量分数为

1g

4.00g

×100%=25%，故答案为：25%；
④乙中的水蒸气、HCl气体会进入装置丙中使得CO₂称量结果偏大，故测定装置丙在吸收CO₂前后质量差，不可行，
故答案为：不可行；这样测得的结果会偏大，因为乙中的水蒸气、HCl气体会进入装置丙中使得CO₂称量结果偏大．

点评：本题考查学生对实验原理及装置理解、对操作的评价、物质含量的测定、化学计算等，难度中等，根据物质的化学性质，要认真分析，把握实验设计的每个步骤中的实验目的．