Question

7．牙膏是生活中常見的物質，其配料成分有摩擦劑、增稠劑、發泡劑等，其中摩擦劑的類型有很多，如CaCO₃、Al（OH）₃、SiO₂或這些物質的混合物．我校化學興趣小組同學想研究牙膏摩擦劑的成分．
【實驗探究一】某品牌牙膏中是否含有CaCO₃？
【查閱資料】二氧化硅不與稀鹽酸反應
【實驗方案】

實驗操作	實驗現象	實驗結論
①取少量樣品于試管中，滴加稀鹽酸	①產生大量氣泡	該牙膏樣品中含有CaCO3
②把生成的氣體通入澄清石灰水中	②石灰水變渾濁

【實驗探究二】該牙膏中CaCO₃的含量是多少？
【實驗裝置】利用下圖所示裝置（圖中夾持儀器略去）進行實驗，充分反應后，測定C中生成的BaCO₃沉淀質量，以確定碳酸鈣的質量分數．

【友情提示】
（1）氫氧化鋇跟氫氧化鈣的性質類似，CO₂+Ba（OH）₂═BaCO₃↓+H₂O；
（2）CO₂的相對分子質量為44，CaCO₃的相對分子質量為100，BaCO₃的相對分子質量為197；
（3）以上藥品均足量，且每步反應或作用都是完全的．
【實驗步驟】
（1）按上圖連接好裝置后，檢查裝置的氣密性；
（2）在B裝置中加入牙膏樣品8.00g；
（3）先斷開裝置B和C，打開K₁，關閉K₂，通入空氣一段時間，目的是趕盡裝置中的空氣，再接上裝置B和C；關閉K₁，打開K₂（選填“打開”或“關閉”），向牙膏樣品中滴入10%的鹽酸，至不再產生氣泡為止，停止滴加鹽酸；然后再打開K₁，關閉K₂（選填“打開”或“關閉”），緩緩通入空氣至C中不再產生沉淀為止，目的是將反應生成的二氧化碳氣體趕到裝置C中充分反應．
（4）將C裝置中的固液混合物過濾、洗滌、烘干后稱量其質量；
（5）重復實驗．
【實驗數據】重復實驗，3次數據記錄如下：

實驗次數	實驗1	實驗2	實驗3
D裝置中沉淀質量（g）	3.93	3.94	3.95

【實驗分析及數據處理】
（1）裝置A的作用是CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O（用化學方程式表示），若沒有A裝置，則測定結果將偏大（選填“偏大”、“偏小”或“不變”）．
（2）裝置B中產生氣體的化學方程式CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑．
（3）裝置D的作用是防止空氣中的二氧化碳氣體進入裝置C中，產生誤差．
（4）據上表數據，取D裝置中沉淀質量的平均值為3.94g，目的是減小偶然誤差，使實驗數據更準確；由產生沉淀的質量可計算出反應生成二氧化碳的質量為0.88g，然后可求出牙膏樣品中CaCO₃的質量分數為25%．

Answer 1

分析 【實驗方案】根據碳酸根離子的檢驗方法分析設計實驗；
【實驗步驟】根據裝置內的二氧化碳會與氫氧化鋇反應，導致沉淀質量增大而產生誤差，所以應該先將裝置內的空氣排凈，然后滴入鹽酸和碳酸鈣發生反應生成二氧化碳，反應結束再用除去二氧化碳的空氣將裝置內的二氧化碳全部趕到氫氧化鋇溶液中完全反應；
【實驗分析及數據處理】（1）根據氫氧化鈉和二氧化碳反應會生成碳酸鈉和水，沒有A裝置，空氣中的二氧化碳能被氫氧化鋇吸收進行分析；
（2）根據碳酸鈣和鹽酸反應生成氯化鈣、水和二氧化碳進行分析；
（3）根據堿石灰能夠吸收水和二氧化碳進行分析；
（4）根據為了減小實驗誤差，應該多次測量求出平均值，結合碳酸鈣和鹽酸反應會生成二氧化碳，二氧化碳和氫氧化鋇會生成碳酸鋇沉淀之間的關系進行解答．

解答 解：【實驗方案】由于碳酸鈣與鹽酸反應生成了二氧化碳氣體，二氧化碳能使澄清的石灰水變渾濁，所以設計實驗如下：

實驗操作	實驗現象	實驗結論
①取少量樣品于試管中，滴加稀鹽酸；	①產生大量氣泡	該牙膏樣品中含有CaCO3
②把生成的氣體通入澄清石灰水中．	②石灰水變渾濁

【實驗步驟】（3）裝置內的二氧化碳會與氫氧化鋇反應，導致沉淀質量增大而產生誤差，所以應該先將裝置內的空氣排凈，然后滴入鹽酸和碳酸鈣發生反應生成二氧化碳，反應結束再用除去二氧化碳的空氣將裝置內的二氧化碳全部趕到氫氧化鋇溶液中完全反應，所以先斷開裝置B和C，打開K₁，關閉K₂，通入空氣一段時間，目的是趕盡裝置中的空氣；再接上裝置B和C，關閉K₁，打開K₂；向牙膏樣品中滴入10%的鹽酸，至不再產生氣泡為止，停止滴加鹽酸；然后再打開K₁，關閉K₂，緩緩通入空氣至C中不再產生沉淀為止，目的是：將反應生成的二氧化碳氣體趕到裝置C中充分反應；
【實驗分析及數據處理】（1）氫氧化鈉和二氧化碳反應會生成碳酸鈉和水，化學方程式為：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O，若沒有A裝置，空氣中的二氧化碳能被氫氧化鋇吸收，則測定結果將偏大；
（2）碳酸鈣和鹽酸反應生成氯化鈣、水和二氧化碳，化學方程式為：CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；
（3）堿石灰能夠吸收水和二氧化碳，所以裝置D的作用是：防止空氣中的二氧化碳氣體 進入裝置C中，產生誤差；
（4）D裝置中沉淀質量的平均值為：$\frac{3.93g+3.94g+3.95g}{3}$=3.94g，
設反應生成二氧化碳的質量為x，牙膏中含有碳酸鈣質量為y，碳酸鈣和鹽酸反應生成氯化鈣、水和二氧化碳，二氧化碳和氫氧化鋇反應生成碳酸鋇沉淀和水，所以
BaCO₃---CO₂---CaCO₃
197      44    100   
3.94g     x     y
$\frac{197}{3.94g}$=$\frac{44}{x}$=$\frac{100}{y}$
x=0.88g，
y=2
所以牙膏樣品中CaCO₃的質量分數為：$\frac{2g}{8g}$×100%=25%．
故答案為：（1）【實驗方案】

實驗操作	實驗現象	實驗結論
①稀鹽酸；	①產生大量氣泡
②把生成的氣體通入澄清石灰水中．	②石灰水變渾濁

【實驗步驟】（3）趕盡裝置中的空氣；關閉，打開；打開，關閉，將反應生成的二氧化碳氣體趕到裝置C中充分反應；
【實驗分析及數據處理】（1）CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O，偏大；
（2）CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；
（3）防止空氣中的二氧化碳氣體 進入裝置C中，產生誤差；
（4）3.94，0.88，25%．

點評 化學實驗現象是化學實驗最突出、最鮮明的部分，也是進行分析推理得出結論的依據，掌握物質的性質和相互之間的反應關系，并有助于提高觀察、實驗能力．