Question

9．某石灰石樣品中碳酸鈣的純度為80%（樣品中的雜質與稀鹽酸不反應），甲、乙兩個興趣小組同學設計如圖1圖2兩個實驗進行驗證．
【查閱資料】無水CaCl₂可作干燥劑
【進行實驗】
實驗均取10.0g石灰石樣品（質地、含量均相同）和等體積、等濃度的稀鹽酸．
實驗1：甲小組同學設計的操作步驟如下：①讀取反應前電子天平的示數（139.20g）②將過量的稀鹽酸全部倒入燒杯中③待反應停止后，立即讀取電子天平的示數（135.46g），該樣品中碳酸鈣的純度為85%
實驗2：乙小組同學認為甲組的設計存在不足，經過共同討論，設計如下操作步驟：
①在氣密性良好的裝置中裝入藥品
②稱量反應前燒杯和燒杯中液體的質量（140.0g）
③迅速加入過量的稀鹽酸
④待反應停止后，立即稱量燒杯和燒杯中液體的質量（142.2g）
該石灰石樣品中碳酸鈣的純度為50%

【解釋與結論】
（1）實驗1中，判斷反應停止的依據是不再有氣泡產生
（2）實驗2中測得的樣品純度與實際值80%有誤差的原因可能是BC（填序號）．
A．碳酸鈣沒有完全反應       B．排出的CO₂沒有完全被NaOH溶液吸收
C．反應容器中CO₂有殘留     D．NaOH溶液吸收了空氣中的CO₂
【反思與改進】
為提高測量結果的準確性，對實驗1裝置進行改進（如圖3所示），測得樣品純度的平均值為80.3%．
（1）反應前后，兩次稱量整個裝置及藥品的總質量．在第二次稱量前，應該進行的操作是從a口通入入空氣一段時間．
（2）裝置中的“無水CaCl₂”能提高測量結果的準確性，其原因是可以防止瓶中的水蒸氣逸出．
【綜合計算】丙小組同學取上述品質相同的石灰樣品10克，加入鹽酸與產生二氧化碳的關系如圖，求該稀鹽酸的質量分數（寫出計算過程）

Answer 1

分析 【進行實驗】實驗1、由于碳酸鈣與鹽酸反應生成了二氧化碳氣體，混合物減少的質量就是生成的二氧化碳的質量，根據二氧化碳的質量求出碳酸鈣的質量，再求出樣品中碳酸鈣的純度．
實驗2、由于二氧化碳與氫氧化鈣反應生成了碳酸鈉和水，溶液增加的質量就是生成的二氧化碳，根據二氧化碳的質量求出碳酸鈣的質量，再求出樣品中碳酸鈣的純度．
【解釋與結論】
（1）實驗1、根據碳酸鈣與鹽酸反應有二氧化碳氣體生成分析判斷；
（2）實驗2、根據實驗的過程、二氧化碳、氫氧化鈉的性質分析判斷；
【反思與改進】
（1）根據裝置中有殘留的二氧化碳分析操作；
（2）根據無水CaCl₂能吸收水分分析．
【綜合計算】根據實驗的過程分析，第一次50g鹽酸與5g碳酸鈣完全反應，第二次50g鹽酸只反應了3g碳酸鈣，第二次50g鹽酸是過量的，根據碳酸鈣的質量可求出50g的鹽酸中溶質的質量，再求出該稀鹽酸的質量分數．

解答 解：【進行實驗】實驗1、設碳酸鈣的質量為x
生成的二氧化碳的質量為：139.20g-135.46g=3.74g
2HCl+CaCO₃=CaCl₂+H₂O+CO₂↑ 
      100            44
       x            3.74g
$\frac{100}{44}=\frac{x}{3.74g}$   解得：x=8.5g
樣品中碳酸鈣的純度為：$\frac{8.5g}{10g}×100%$=85%
實驗2、設碳酸鈣的質量為y
生成的二氧化碳的質量為：142.2g-140.0g=2.2g
2HCl+CaCO₃=CaCl₂+H₂O+CO₂↑ 
      100            44
       y             2.2g
$\frac{100}{44}=\frac{y}{2.2g}$    解得：x=5g
樣品中碳酸鈣的純度為：$\frac{5g}{10g}×100%$=50%
【解釋與結論】
（1）由于碳酸鈣與鹽酸反應有二氧化碳氣體生成，所以實驗1中，判斷反應停止的依據是不再有氣泡產生．
（2）A．由實驗的過程可知，加入的鹽酸是過量的碳酸鈣完全反應，故A錯誤；
B．排出的CO₂沒有完全被NaOH溶液吸收，會使計算的結果偏小，故B正確；
C．反應容器中CO₂有殘留，會使計算的結果偏小，故C正確；
D．NaOH溶液吸收了空氣中的CO₂，會使計算的結果偏大，故D錯誤．
【反思與改進】
（1）由于裝置內有殘留的二氧化碳氣體，在第二次稱量前，應該進行的操作是從a口通入入空氣一段時間．
（2）由于二氧化碳中有混入的水蒸氣，所以裝置中的“無水CaCl₂”能提高測量結果的準確性，其原因是可以防止瓶中的水蒸氣逸出．
【綜合計算】
由題意知，第一次50g鹽酸與5g碳酸鈣完全反應，第二次50g鹽酸只反應了3g碳酸鈣，第二次50g鹽酸是過量的．
設參加反應的HCl質量為z，消耗碳酸鈣質量為10g-5g=5g
2HCl+CaCO₃=CaCl₂+H₂O+CO₂↑ 
73   100
z    5g
$\frac{73}{100}=\frac{z}{5g}$   解得：z=3.65g        
鹽酸的溶質質量分數為：$\frac{3.65g}{50g}$×100%=7.3%
故答為：實驗1：85%；實驗2：50%；
【解釋與結論】（1）不再有氣泡產生；（2）BC；
【反思與改進】（1）從a口通入入空氣一段時間；（2）可以防止瓶中的水蒸汽逸出；
【綜合計算】該稀鹽酸的質量分數7.3%．

點評 解答本題的關鍵是根據質量守恒定律分析判斷出生成二氧化碳的質量，根據二氧化碳的質量再計算碳酸鈣的質量即可．