Question

13．為測定碳酸鈣的純度（雜質SiO₂），學生設計了如下幾個實驗方案，請回答每個方案中的問題．（相對原子質量：C=12  O=16  Ca=40）
【方案Ⅰ】如圖：
①稱取碳酸鈣樣品m g；②加入過量鹽酸；
③測定儀器A的增重為a g．
（1）儀器A的名稱是干燥管．
【方案Ⅱ】
①稱取碳酸鈣樣品5.0g；②用1.00mol/L鹽酸100.0mL（過量）溶解樣品；③取溶解后溶液體積的$\frac{1}{10}$用0.1000mol/L NaOH溶液滴定，重復滴定三次，平均用去15.00mL．
（2）該碳酸鈣樣品的純度=85.0%．（計算結果保留三位有效數字）
【方案Ⅲ】
①稱取碳酸鈣樣品mg；②高溫煅燒1000℃直至質量不再改變，冷卻后稱量，固體質量為m′g．
（3）本方案中的“冷卻”應在干燥器中進行，理由是防止生成的氧化鈣與空氣中的H₂O、CO₂反應，造成質量改變而產生誤差．
【方案Ⅳ】
①稱量碳酸鈣樣品m g；②加入足量c mol/L鹽酸V mL使之完全溶解；③過濾并取濾液；④在濾液中加入過量c′mol/LNa₂CO₃溶液V′mL；⑤將步驟④中的沉淀濾出、洗滌、干燥、稱重為bg．
（4）此方案中不需要的數據是（填字母序號）BC．
A．m           B．c、V          C．c′、V′D．b
（5）綜上所述，你認為四個方案中，最好的方案是Ⅱ．寫出其它一個方案的缺點：（如：方案Ⅳ；沉淀的洗滌、干燥、稱量操作過程復雜，容易造成較大誤差．）
方案Ⅰ；氣體質量難以測量準確或回答①裝置中原有的CO₂也被堿石灰吸收；②反應產生的CO₂未被完全吸收；③空氣中的H₂O和CO₂也被堿石灰吸收；④加入的硫酸的量不足，未能將碳酸鈉完全反應；⑤裝置的氣密性不好等；或Ⅲ；實驗室難于提供1000℃的高溫．

Answer 1

分析 （1）裝置圖分析儀器A是干燥管；
（2）根據酸堿中和滴定中氫氧化鈉消耗的氯化氫計算出碳酸鈣反應消耗的氯化氫，再根據碳酸鈣與氯化氫反應的關系式計算出碳酸鈣的物質的量、質量及樣品中碳酸鈣的質量分數；
（3）碳酸鈣高溫煅燒得到的氧化鈣和空氣中水蒸氣、二氧化碳發(fā)生反應，影響測定準確性；
（4）加入過量鹽酸，碳酸鈣全部溶解為氯化鈣溶液，加入過量碳酸鈉會沉淀鈣離子為碳酸鈣沉淀，所以最后洗滌干燥得到的沉淀質量即為樣品中碳酸鈣質量，計算得到質量分數；
（5）分析判斷可知方案Ⅱ測定結果更準確；方案Ⅰ稱量操作復雜，易造成誤差．方案Ⅲ溫度難于在實驗室中達到．

解答 解：（1）儀器A的名稱為干燥管，用于測定生成二氧化碳的質量，故答案為：干燥管；
（2）碳酸鈣消耗的氯化氫的物質的量為：0.1L×1mol/L-10×0.1000mol/L×0.015L=0.085mol，
碳酸鈣與氯化氫反應的關系式為：CaCO₃～2HCl，碳酸鈣的物質的量為：0.085mol×$\frac{1}{2}$=0.0425mol，
所以樣品中碳酸鈣的質量分數為：$\frac{0.0425mol×100g/mol}{5.0g}$×100%=85%，
故答案為：85.0%；
（3）高溫煅燒1000℃直至質量不再改變碳酸鈣分解生成氧化鈣和二氧化碳，“冷卻”應在干燥器中進行防止生成的氧化鈣與空氣中的H₂O、CO₂反應，造成質量改變而產生誤差；
故答案為：防止生成的氧化鈣與空氣中的H₂O、CO₂反應，造成質量改變而產生誤差；
（4）加入過量鹽酸，碳酸鈣全部溶解為氯化鈣溶液，加入過量碳酸鈉會沉淀鈣離子為碳酸鈣沉淀，所以最后洗滌干燥得到的沉淀質量即為樣品中碳酸鈣質量，計算得到質量分數，需要數據是稱取碳酸鈣樣品m g，④中的沉淀濾出、洗滌、干燥、稱重為bg，所以不需要的是：B．c、V 和C．c′、V′；
故答案為：B C；
（5）通過對比題中兩個方案可知，方案Ⅱ測定結果更準確；而方案Ⅰ中，沉淀的洗滌、干燥、稱量操作過程復雜，容易造成較大誤差，或回答①裝置中原有的CO₂ 也被堿石灰吸收；②反應產生的CO₂ 未被完全吸收；③空氣中的H₂O和CO₂ 也被堿石灰吸收；④加入的硫酸的量不足，未能將碳酸鈉完全反應；⑤裝置的氣密性不好等；或Ⅲ實驗室難于提供1000℃的高溫；
故答案為：Ⅱ；Ⅰ；氣體質量難以測量準確或回答①裝置中原有的CO₂ 也被堿石灰吸收；②反應產生的CO₂ 未被完全吸收；③空氣中的H₂O和CO₂ 也被堿石灰吸收；④加入的硫酸的量不足，未能將碳酸鈉完全反應；⑤裝置的氣密性不好等；或Ⅲ；實驗室難于提供1000℃的高溫．

點評 本題考查了探究碳酸鈣樣品的含量、性質實驗方案的設計與評價，題目難度中等，注意掌握實驗過程中的數據分析與應用方法，明確評價實驗方案的原則．