Question

化学兴趣小组对牙膏中摩擦剂成分及其含量进行以下探究：
查得资料：某品牌牙膏摩擦剂由二氧化硅、碳酸钙、碳酸镁组成，还可能含有氢氧化铝和碳酸氢钙；牙膏中其它成分易溶于水，遇到盐酸无气体生成．
Ⅰ、摩擦剂中碳酸氢钙和氢氧化铝的定性检验：取适量牙膏样品，加水搅拌、过滤．并设计如下实验方案对该品牌牙膏摩擦剂的成分进行测定、验证假设．请写出实验步骤以及预期现象和结论（可不填满）．
限选试剂：稀盐酸、稀硫酸、NaOH溶液、澄清石灰水、二氧化碳

实验步骤

预期现象和结论

步骤1：取适量牙膏样品加水充分搅拌、过滤，得滤液A和沉淀B．

/

步骤2：取适量滤液A于试管中，

有   现象说明含有碳酸氢钙

步骤3：取适量沉淀B于试管中，加入过量   ，过滤，得滤液C和沉淀D为a克．

/

步骤4：往所得滤液中通入过量二氧化碳．

产生成白色沉淀，   （填“能”或“不能”）确定含有氢氧化铝．原因是（用离子方程式表示）   ．

Ⅱ、牙膏样品中碳酸钙和碳酸镁的定量测定
利用下图所示装置（图中夹持仪器略去）进行实验，充分反应后，测定P中生成的BaCO₃沉淀质量，以确定碳酸钙的质量分数．

依据实验过程回答下列问题：
（1）实验过程中先后两次鼓入空气，第二次鼓入空气的目的是：

 

．
（2）实验中准确称取沉淀D1.76g样品三份，进行三次测定，测得BaCO₃平均质量为3.94g．则D中碳酸钙的质量分数为

 

 （保留三位有效数字）．

Answer 1

分析：Ⅰ、实验目的是证明牙膏中含有碳酸氢钙和氢氧化铝，先将样品溶于水中，碳酸钙、碳酸镁、二氧化硅和氢氧化铝不溶解，碳酸氢钙溶于水，然后分别检验滤液中是否含有碳酸氢钙、沉淀中是否含有氢氧化铝，据此完成本题．
Ⅱ、（1）实验通过C装置生成的碳酸钡的质量测定二氧化碳的质量，进而计算牙膏中碳酸钙的质量分数．装置中残留部分二氧化碳，不能被完全吸收，导致测定的碳酸钡的质量偏小；
（2）BaCO₃质量为3.94g，n（BaCO₃）=0.0200mol，则则n（CaCO₃）+n（MgCO₃）=0.02mol，设出样品中碳酸钙和碳酸镁的物质的量，根据样品质量和二者的物质的量列式计算出碳酸钙的物质的量，再计算出碳酸钙的质量分数．

解答：解：I、步骤1：取适量牙膏样品加水充分搅拌、过滤，得含有碳酸氢钙的滤液A和含有二氧化硅、碳酸钙、碳酸镁、氢氧化铝的沉淀B；
步骤2：取适量滤液A于试管中，滴加过量稀盐酸，有气泡产生，将产生的气体通入过量澄清石灰水中，澄清石灰水变浑浊；
步骤3：取适量沉淀B于试管中，加入氢氧化钠溶液，过滤，得含有偏铝酸根离子、硅酸根离子的滤液C和含有碳酸钙、碳酸镁等沉淀D为a克；
步骤4：往所得滤液中通入过量二氧化碳，产生成白色沉淀，该白色沉淀可能为硅酸，不能确定样品中是否含有氢氧化铝，因为发生了反应：SiO₃^2-+2H₂O+2CO₂=H₂SiO₃↓+2HCO₃^-，
故答案为：

实验步骤	预期现象和结论
步骤2：滴加过量稀盐酸，将产生的气体通入过量澄清石灰水中	有气泡产生，澄清石灰水变浑浊．
步骤3：氢氧化钠溶液
步骤4：	不能；SiO32-+2H2O+2CO2=H2SiO3↓+2HCO3-

II、（1）装置中残留部分二氧化碳，不能被完全吸收，导致测定的碳酸钡的质量偏小，持续缓缓通入空气的作用为：把生成的CO₂气体全部排入P中，使之完全被Ba（OH）₂溶液吸收，
故答案为：驱赶残留在装置中的CO₂ 以使生成的CO₂完全被吸收；
（2）BaCO₃质量为3.94g，则n（BaCO₃）=

3.94g

197g/mol

=0.02mol，则n（CaCO₃）+n（MgCO₃）=0.02mol，设碳酸钙的物质的量为xmol，碳酸镁的物质的量为ymol，则：

x+y=0.02 100x+84y=1.76

，解得：

x=0.005mol y=0.015mol

，所以样品中碳酸钙的质量分数为：ω（CaCO₃）=

100g/mol×0.005mol

1.76g

×100%≈28.4%，
故答案为：28.4%．

点评：本题考查对实验原理与操作步骤的理解及评价、常用化学用语、化学计算、物质组成的测定等，题目难度较大，是对所需知识的综合运用，需要学生具有扎实的基础知识与分析问题、解决问题的能力，理解实验原理是解答的关键．