Question

化學興趣小組對某品牌牙膏中碳酸鈣含量進行以下探究。該牙膏摩擦劑主要由碳酸鈣、氫氧化鋁組成，其他成分遇到鹽酸時無氣體生成。現利用下圖所示裝置（圖中夾持儀器略去）進行實驗，充分反應后，測定B中生成的BaCO₃沉淀質量，以確定碳酸鈣的質量分數。請回答下列問題。

（1）裝置A中牙膏樣品放置在   （填儀器名稱）中，鹽酸放置在裝置  （填儀器名稱）中，A中至少發生    （填數字）個反應，寫出其中一個反應的化學方程式       。
（2）若測定值比實際值小，可能的原因有        。（填字母）
a．裝置A中水蒸氣、HCl等進入裝置B中      b．裝置A中CO₂未完全進入裝置B
c．CO₂氣流速度太快導致Ba(OH)₂未完全吸收   d．鹽酸未滴加過量
（3）為減少誤差，現采取以下一些措施：
①在A、B之間增加一個裝有  （填化學式）溶液的洗氣瓶，它的作用是    _；
②將裝置B中的長導管下方增加一個帶孔球泡，可以提高   ；
③在裝置B的后面再增加一個裝有 （填藥品名稱或化學式）固體的干燥管，目的是 。
（4）準確稱取三份各16.00 g的樣品，進行測定，測得BaCO₃質量分別為3.96 g、3.92 g、3.94 g。請計算樣品中碳酸鈣的質量分數。     。（寫出計算過程，4分）
（5）某同學利用上述方法測定牙膏中鈣元素的質量分數。小李同學認為即使排除實驗儀器和操作的影響，上述測定的結果仍有可能偏小，理由是    。

Answer 1

（1）錐形瓶 分液漏斗  2   CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑或Al(OH)₃+3HCl=AlCl₃+3H₂O
（2）②③④
（3）①AgNO₃，除去HCl氣體 ②二氧化碳吸收效率 ③堿石灰或氧化鈣等 防止空氣中的CO₂進入裝置B
（4） 測得碳酸鋇的質量為（3.96g +3.92g +3.94g）÷3= 3.94g   （1分）
參加反應的碳酸鈣質量為2g（2分）
碳酸鈣的質量分數為12.5%（1分）
（5）牙膏中可能含有鈣的其它化合物（或其他合理答案）。

試題分析：（1）根據實驗室常用儀器回答，圖中裝置A中的牙膏樣品放置在錐形瓶中；鹽酸放置在分液漏斗中；根據題意，A中至少發生2個反應：鹽酸和碳酸鈣反應生成氯化鈣、水和二氧化碳，鹽酸和氫氧化鋁反應生成氯化鋁和水，故反應的化學方程式為CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑，Al(OH)₃+3HCl=AlCl₃+3H₂O。
（2）根據題意，A中生成的二氧化碳會進入B而被B吸收，實驗就是通過測定B中生成的BaCO₃沉淀質量，以確定生成二氧化碳的質量，從而確定碳酸鈣的質量分數。
a．若裝置A中水蒸氣、HCl等進入裝置B中，會造成B裝置后來的稱重變大，即測定生成二氧化碳的質量偏大，故造成結果偏大；
b．若裝置A中CO₂未完全進入裝置B，則測定生成二氧化碳的質量偏小，故造成結果偏小；
c．若CO₂氣流速度太快導致Ba(OH)₂未完全吸收，即部分二氧化碳氣體逸出，則測定生成二氧化碳的質量偏小，故造成結果偏小；
d．若鹽酸未滴加過量，則碳酸鈣未能完全反應，故生成二氧化碳的質量偏小，故造成結果偏小。故選②③④
（3）根據上面的分析，①為防止HCl進入B裝置，可在A、B之間增加裝有硝酸銀的裝置；
②將裝置B中的長導管下方增加一個帶孔球泡，可增大二氧化碳與氫氧化鋇溶液的接觸面積，從而提高二氧化碳的吸收效率；
③在裝置B的后面再增加一個裝有堿石灰或氧化鈣等藥品的裝置，可以阻止空氣中的二氧化碳進入裝置B，影響結果的測定。
（4）為了確保實驗結果的誤差更小，應使用3次實驗的平均值，即測得碳酸鋇的質量為（3.96g +3.92g +3.94g）÷3= 3.94g
設樣品中碳酸鈣的質量分數為x
CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑，CO₂+Ba(OH)₂= BaCO₃↓+H₂O
CaCO₃→CO₂→BaCO₃
100         197
16g?x       3.94g
100：16g?x =197：3.94g
解得x=12.5%
（5）由于牙膏中可能含有鈣的其它化合物，而根據題意，它們都不能與鹽酸反應產生氣體，故利用上述方法測定牙膏中鈣元素的質量分數時，結果會偏小。
點評：對于驗證型實驗探究，要熟記物質的性質或變化規律，根據給出的實驗設計方案，進行實驗、分析和探究，并通過觀察、記錄和分析的實驗現象，來驗證該物質的性質或變化規律等。