Question

9．某研究性學習小組的同學通過課外學習了解到：某品牌牙膏中含有摩擦劑、濕潤劑、表面活性劑、黏合劑、香料、甜味劑等成分，其中的摩擦劑除了含CaCO₃外，可能還含有Al（OH）₃、SiO₂中的一種或兩種．為探究該品牌牙膏中摩擦劑的成分，該小組的同學進行了如圖1實驗（牙膏中其他成分遇到鹽酸時無氣體產(chǎn)生）：

請回答下列問題：
（1）操作Ⅰ中涉及的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、漏斗．
（2）寫出下列操作Ⅳ的離子方程式：SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O．
（3）該摩擦劑中除CaCO₃外，肯定含有Al（OH）₃、SiO₂．
（4）為進一步探究摩擦劑中碳酸鈣的含量，該小組同學利用如圖2所示裝置（圖中夾持儀器略去）進行實驗．
請回答下列問題：
①實驗過程中需持續(xù)緩緩通入空氣．其作用除了可充分混合裝置乙和丙中的反應(yīng)物外，還有把生成的CO₂氣體全部排入丙中，使之完全被Ba（OH）₂溶液吸收的作用；
②丙中主要反應(yīng)的化學方程式是Ba（OH）₂+CO₂═BaCO₃↓+H₂O
③實驗中準確稱取4.00g樣品三份，進行三次測定，測得BaCO₃的平均質(zhì)量為1.97g，計算樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)：25%
④有同學認為只要測定裝置丙在吸收CO₂前后的質(zhì)量差，不必測定裝置丙中生成的BaCO₃質(zhì)量，一樣可以確定碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)．你認為該方案是否可行？不可行，簡述理由：這樣測得的結(jié)果會偏大，因為乙中的水蒸氣、HCl氣體會進入裝置丙中使得CO₂稱量結(jié)果偏大．

Answer 1

分析 操作Ⅰ得到沉淀A，則操作Ⅰ為過濾，沉淀A為不溶性物質(zhì)，為碳酸鈣、氫氧化鋁和二氧化硅等；加入鹽酸，碳酸鈣和鹽酸反應(yīng)生成氯化鈣、水和二氧化碳，氫氧化鋁和鹽酸反應(yīng)生成氯化鋁和水，二氧化硅不反應(yīng)，故通過操作Ⅱ即過濾得到的沉淀C為二氧化硅等不溶性物質(zhì)，氣體D為二氧化碳，溶液B中鈣離子和鋁離子，溶液B中加入過量氫氧化鈉，鋁離子生成偏鋁酸鈉，沉淀C和過量氫氧化鈉反應(yīng)生成偏硅酸鈉和水，二氧化碳和過量澄清石灰水生成碳酸鈣沉淀，據(jù)此分析，
（1）根據(jù)過濾操作分析所用儀器；
（2）沉淀C和過量氫氧化鈉反應(yīng)生成偏硅酸鈉和水；
（3）通過操作Ⅲ證明沉淀A含氫氧化鋁，通過操作Ⅳ證明沉淀A含二氧化硅；
（4）該實驗方案是測定丙中生成的BaCO₃沉淀質(zhì)量，確定生成的二氧化碳的質(zhì)量，進而以確定碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)．
①實驗裝置中會殘留部分二氧化碳，影響丙中二氧化碳質(zhì)量的沉淀，需要通入空氣將裝置內(nèi)的二氧化碳完全排入丙中被吸收；
②氫氧化鋇和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鋇和水；
③根據(jù)碳酸鋇的質(zhì)量計算反應(yīng)生成二氧化碳的物質(zhì)的量，由碳元素守恒可知牙膏中n（CO₂）=n（CaCO₃），進而計算碳酸鈣質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)量分數(shù)定義計算；
④乙中的水蒸氣、HCl氣體會進入裝置丙中使得CO₂稱量結(jié)果偏大．

解答 解：操作Ⅰ得到沉淀A，則操作Ⅰ為過濾，沉淀A為不溶性物質(zhì)，為碳酸鈣、氫氧化鋁和二氧化硅等；加入鹽酸，碳酸鈣和鹽酸反應(yīng)生成氯化鈣、水和二氧化碳，氫氧化鋁和鹽酸反應(yīng)生成氯化鋁和水，二氧化硅不反應(yīng)，故通過操作Ⅱ即過濾得到的沉淀C為二氧化硅等不溶性物質(zhì)，氣體D為二氧化碳，溶液B中鈣離子和鋁離子，溶液B中加入過量氫氧化鈉，鋁離子生成偏鋁酸鈉，沉淀C和過量氫氧化鈉反應(yīng)生成偏硅酸鈉和水，二氧化碳和過量澄清石灰水生成碳酸鈣沉淀．
（1）過濾操作所用儀器為：燒杯、玻璃棒、漏斗、鐵架臺等，故答案為：玻璃棒；漏斗；
（2）沉淀C和過量氫氧化鈉反應(yīng)生成偏硅酸鈉和水，反應(yīng)的離子方程式為：SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
故答案為：SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
（3）溶液B中含鈣離子和鋁離子，溶液B中加入過量氫氧化鈉，先生成沉淀，后部分溶解，說明含鋁離子，鋁離子生成偏鋁酸鈉，反應(yīng)的離子方程式為：Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，鈣離子和氫氧化鈉生成氫氧化鈣沉淀，反應(yīng)的離子方程式為：Ca²⁺+2OH^-=Ca（OH）₂↓說明沉淀沉淀A中含氫氧化鋁；二氧化硅和氫氧化鈉反應(yīng)生成硅酸鈉和水，沉淀C能和氫氧化鈉反應(yīng)，故沉淀C為二氧化硅；
故答案為：Al（OH）₃、SiO₂；
（4）該實驗方案是測定丙中生成的BaCO₃沉淀質(zhì)量，確定生成的二氧化碳的質(zhì)量，進而以確定碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)．
①實驗裝置中會殘留部分二氧化碳，影響丙中二氧化碳質(zhì)量的沉淀，需要通入空氣將裝置內(nèi)的二氧化碳完全排入丙中被吸收，步驟④通入空氣的作用是把生成的CO₂氣體全部排入丙中，使之完全被Ba（OH）₂溶液吸收，
故答案為：把生成的CO₂氣體全部排入丙中，使之完全被Ba（OH）₂溶液吸收；
②氫氧化鋇和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鋇和水，反應(yīng)方程式為：Ba（OH）₂+CO₂=BaCO₃↓+H₂O，
故答案為：Ba（OH）₂+CO₂=BaCO₃↓+H₂O；
③BaCO₃的質(zhì)量為1.97g，其物質(zhì)的量為$\frac{1.97g}{197g/mol}$=0.01mol，生成二氧化碳的物質(zhì)的量為0.01mol，由碳元素守恒可知牙膏中n（CO₂）=n（CaCO₃）=0.01mol，碳酸鈣質(zhì)量為0.01mol×100g/mol=1g，牙膏中碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{1g}{4.00g}$×100%=25%，
故答案為：25%；
④乙中的水蒸氣、HCl氣體會進入裝置丙中使得CO₂稱量結(jié)果偏大，故測定裝置丙在吸收CO₂前后質(zhì)量差，不可行，
故答案為：不可行；這樣測得的結(jié)果會偏大，因為乙中的水蒸氣、HCl氣體會進入裝置丙中使得CO₂稱量結(jié)果偏大．

點評 本題考查學生對實驗設(shè)計的能力、對操作的評價、物質(zhì)含量的測定、化學計算等，根據(jù)物質(zhì)的化學性質(zhì)，要認真分析，把握實驗設(shè)計的每個步驟中的實驗目的，難度中等．