Question

南京某中學學習小組考察過溶洞后，為溶洞中形態各異的石筍和鐘乳石而驚嘆，決定設計和實施簡單的實驗--模擬溶洞的“形成”．從教材上查得如下資料：
溶洞都分布在石灰巖組成的山地中，石灰巖的主要成分是碳酸鈣，當遇到溶有二氧化碳的水時，會反應生成溶解性較大的碳酸氫鈣：CaCO₃+CO₂+H₂O═Ca（HCO₃）₂；溶有碳酸氫鈣的水遇熱或當壓強突然變小時，溶解在水里的碳酸氫鈣就會分解，重新生成碳酸鈣沉積下來，同時放出二氧化碳：Ca（HCO₃）₂═CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O．洞頂的水在慢慢向下滲透時，水中的碳酸氫鈣發生上述反應，有的沉積在洞頂，有的沉積在洞底，日積月累，洞頂的形成鐘乳石，洞底的形成石筍，當鐘乳石與石筍相連時就形成了石柱．
（1）他們設計并完成了模擬溶洞“形成”的實驗．其實驗過程如圖，試回答：

實現轉化①需要通入足量的氣體A，A的化學式是

 

；B溶液中溶質的化學式是

 

；實現轉化②，通常采用的基本操作方法是

 

．
（2）他們用采集的石灰巖樣品進行相關實驗．將采集到的樣品用水沖洗后晾干，稱取24.00g樣品平均分成兩份，分別與足量相同質量分數的稀鹽酸反應進行下列測定（如圖1），經數據處理得到釋放出二氧化碳的質量與反應時間的關系圖（如圖2）．

①圖1所示實驗中數據記錄紙上應該連續記錄的實驗數據是

 

和

 

．
②由圖2中曲線可以看出，固體物質與液體物質反應，當其他條件相同時，接觸面積越

 

，其反應速率越

 

．
③試求樣品中碳酸鈣的質量分數（假設樣品中其他雜質不參加反應，不考慮水、氯化氫逸出）．

Answer 1

分析：（1）由圖示的現象和提供的信息，可以得出本小題的答案．
（2）①結合題干、圖1和圖2中的量，可以得到本小題的答案．
②由圖2中的圖象對比可以得出本小題的答案．
③由石灰石的質量和圖2中所示的二氧化碳的質量，根據碳酸鈣與稀鹽酸反應的化學方程式可以計算出樣品中碳酸鈣的質量分數．

解答：解：（1）由圖中不溶性的碳酸鈣經轉化①變成可溶性的，結合題干中的信息“石灰巖的主要成分是碳酸鈣，當遇到溶有二氧化碳的水時，會反應生成溶解性較大的碳酸氫鈣：CaCO₃+CO₂+H₂O═Ca（HCO₃）₂”可知氣體A是二氧化碳，其化學式為CO₂；B中的溶質是碳酸氫鈣，其化學式為Ca（HCO₃）₂．
由圖中可溶性的碳酸氫鈣經轉化②變成不溶性的碳酸鈣，結合題干中提供的信息“溶有碳酸氫鈣的水遇熱或當壓強突然變小時，溶解在水里的碳酸氫鈣就會分解，重新生成碳酸鈣沉積下來，同時放出二氧化碳：Ca（HCO₃）₂═CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O”可知能實現這一轉化的方法有加熱或減壓，兩方法中加熱是通常采用的基本操作方法．
（2）①結合圖2所示的兩個量可知圖1中實驗中數據記錄紙上應該連續記錄的實驗數據是電子天平示數（或錐形瓶體系質量）和計時器示數（或反應時間）．
②由圖2所示的圖象可知：在反應結束前某一溫度時，粉末狀的石灰巖產生的二氧化碳多，是由于粉末狀的石灰巖與稀鹽酸的接觸面積大，因此反應速率快；塊狀的石灰巖產生的二氧化碳少，是由于塊狀的石灰巖與稀鹽酸的接觸面積小，因此反應速率慢．
③設每份樣品中CaCO₃的質量為x．
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                   44
 x                   3.30g

100

44

=

x

3.30g

，
x=7.50g
樣品中碳酸鈣的質量分數為

7.50g

24g÷2

×100%=62.5%
故答案為：
（1）CO₂；Ca（HCO₃）₂；加熱
（2）①電子天平示數（或錐形瓶體系質量）；計時器示數（或反應時間）（答案不分先后順序）
②大快（或小慢）
③樣品中碳酸鈣的質量分數為62.5%

點評：本題主要考查分析和應用信息解答實際問題的能力、影響反應速率的因素和有關化學方程式的計算，難度較大．