Question

廣西有大量的石灰石，為了測定某地石灰石中碳酸鈣的質量分數（假設雜質不參加反應，且不溶于水），某興趣小組的同學設計了三個實驗方案并進行了如下探究：
方案I：①稱取石灰石樣品10g②高溫煅燒至質量不再改變，然后把剩余固體放在密閉干燥的容器中冷卻至室溫，稱得剩余固體質量為6.04g．
方案Ⅱ：①稱取石灰石樣品10g  ②加入足量的質量分數為10%的稀鹽酸100g，使碳酸鈣完全溶解  ③過濾后在濾液中加入過量的質量分數為15%的碳酸鈉溶液150g④將步驟③中的沉淀過濾、洗滌、干燥，稱得沉淀質量為9g．
方案Ⅲ：①稱取石灰石樣品lO g②加入足量的稀鹽酸，使碳酸鈣全部溶解
③用導管將生成的氣體通入澄清石灰水（過量）  ④將步驟③中生成的沉淀過濾、洗滌、干燥，稱得沉淀質量為8.8g．
根據上述回答問題：
（1）在方案I中冷卻剩余固體為什么要在密閉干燥的容器中進行？
（2）某同學根據方案I計算碳酸鈣的質量分數過程如下：設石灰石中碳酸鈣的質量為X，則
CaCO₃ CaO+CO₂↑
100         56
x         6.04g
   x=lO．78g 
CaCO₃%=×100%=107.8%
以上解法得出碳酸鈣的質量分數超過100%，造成計算結果錯誤的原因是______，正確的計算結果是______．
（3）方案Ⅱ中求碳酸鈣的質量分數時，下列數據不需要的是______（填序號）．
A．10%、100g    B．10g    C．15%、150g    D．9g
（4）通過對三個方案中的碳酸鈣質量分數的計算可知，方案Ⅲ計算得出的碳酸鈣質量分數要比方案工和方案Ⅱ低，你認為其中可能的原因是下面的______（填序號）．
A．生成的二氧化碳有部分溶于水    B．導管中仍有部分二氧化碳未排出．
C．生成的沉淀不應該洗滌和干燥    D．稀鹽酸不應加足量
（5）請你另外設計一個實驗方案，測定石灰石中碳酸鈣的質量分數．（提示：可以從求雜質的角度來分析）

Answer 1

【答案】分析：（1）根據石灰水高溫煅燒后生成物的性質解答；
（2）根據二氧化碳的質量，可求參加反應的碳酸鈣的質量，從而可求石灰石中碳酸鈣的質量分數．
（3）根據求碳酸鈣質量分數所需數據來解答；
（4）方案Ⅲ是根據生成碳酸鈣質量來計算石灰石中碳酸鈣的質量分數，其中生成二氧化碳質量是關鍵；
（3）根據雜質不參加反應，且不溶于水，來設計實驗．
解答：解：
（1）石灰石高溫煅燒后生成氧化鈣和二氧化碳，氧化鈣能吸收空氣中的水分，冷卻時要在密閉干燥容器中進行；
（2）因為剩余固體質量6.04g包含了雜質質量，所以得出碳酸鈣的質量分數超過100%；
生成二氧化碳質量=10g-6.04g=3.96g，
設生成3.96g二氧化碳，需碳酸鈣質量為x
CaCO₃ CaO+CO₂↑
100              44
x                3.96g
      x=9g
CaCO₃%=×100%=90%
（3）方案Ⅱ是：碳酸鈣與過量稀鹽酸反應生成氯化鈣，氯化鈣和過量碳酸鈉反應生成碳酸鈣沉淀，生成碳酸鈣的質量等于石灰石中碳酸鈣的質量，其中只需知道稀鹽酸與碳酸鈉過量即可，不需知道具體數據，故選AC；
（4）方案Ⅲ是：根據生成的二氧化碳與氫氧化鈣反應，生成碳酸鈣質量來計算石灰石中碳酸鈣的質量分數，而二氧化碳溶于水且導管中仍有部分二氧化碳未導出，計算得出的碳酸鈣質量分數要比方案工和方案Ⅱ低，故選AB；
（5）雜質不參與反應，且不溶于水設計實驗：
實驗步驟：①稱取石灰石樣品W₁g； ②加入足量的鹽酸，使碳酸鈣全部溶解；③過濾、洗滌、干燥，稱量不溶物（即雜質）的質量為W₂g；④根據（W₁-W₂）/W₁×100%，即可求出碳酸鈣的質量分數．
故答案為：
（1）因為剩余固體中的氧化鈣能吸收空氣中的水分
（2）剩余固體質量6.04g包括了雜質的質量；90%；
（3）AC；
（4）AB；
（5）實驗步驟：①稱取石灰石樣品W₁g； ②加入足量的鹽酸，使碳酸鈣全部溶解；③過濾、洗滌、干燥，稱量不溶物（即雜質）的質量為W₂g；④根據（W₁-W₂）/W₁×100%，即可求出碳酸鈣的質量分數．
點評：本題是運用化學中的基本思想質量守恒思想，通過歸納碳酸鈣在不同變化過程中相同點和不同點有效地尋找出它們之間的內在聯系以及融合點和嫁接點，從而培養了學生的創新思維能力．