Question

牙膏是日常生活中的必需品，它通常由摩擦劑、發(fā)泡劑、粘合劑等組成．摩擦劑是牙膏的主要成分，約占牙膏質(zhì)量的一半以上．為了測定一種以碳酸鈣為摩擦劑的牙膏中碳酸鈣的含量，同學(xué)們根據(jù)碳酸鈣的性質(zhì)設(shè)計了以下三種不同的方案（除碳酸鈣外，這種牙膏中的其它物質(zhì)不與鹽酸反應(yīng)生成氣體，且均溶于水）：
方案一：將一定量的牙膏放入水中充分攪拌，然后進行______、洗滌、干燥等操作，稱量出不溶物的質(zhì)量，再計算出碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)．
方案二：將一定量的牙膏與過量的鹽酸反應(yīng)，用圖1所示裝置（裝置的氣密性良好），測量二氧化碳氣體的體積（錐形瓶中液面高度變化忽略不計），利用該條件下二氧化碳的密度，計算二氧化碳的質(zhì)量，然后根據(jù)化學(xué)方程式求出碳酸鈣的質(zhì)量，再計算出碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)．
方案三：用圖2所示裝置，將一定量的牙膏與過量的鹽酸反應(yīng)，測量相關(guān)數(shù)據(jù)，推算出二氧化碳氣體的質(zhì)量，然后根據(jù)化學(xué)方程式求出碳酸鈣的質(zhì)量，再計算出碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)．

老師對三種方案提供了所需的儀器用品，同學(xué)們進行分組實驗．實驗中，同學(xué)們操作規(guī)范、計算無誤．
按照要求回答下列問題：
（1）方案一中操作是______，按照方案一進行實驗的同學(xué)在規(guī)定時間內(nèi)沒有來得及完成實驗，請寫出可能的原因______．
（2）碳酸鈣和鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式是______；方案二中實驗結(jié)果偏低，寫出一條可能的原因：______；你的改進方案是：______．
（3）方案三中實驗結(jié)果偏高，原因可能是：______．

Answer 1

解：（1）方案一通過溶解然后進行過濾，分離出一定量牙膏中的碳酸鈣而求得碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)；但由于牙膏的組成中含有發(fā)泡劑、粘合劑等，會使溶解和過濾操作費時費力；
故答案為：過濾；有粘合劑導(dǎo)致溶解慢（或有發(fā)泡劑產(chǎn)生大量泡沫導(dǎo)致過濾時間長）；
（2）方案二欲利用碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)生成氯化鈣、水和二氧化碳，通過所設(shè)計的方案測量完全反應(yīng)產(chǎn)生氣體二氧化碳的體積，然后根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式計算參加反應(yīng)碳酸鈣的質(zhì)量，求得牙膏中碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)；但在設(shè)計時沒充分考慮二氧化碳能溶于水，而會使測得的二氧化碳體積偏��；為避免二氧化碳溶于水，可在收集二氧化碳的廣口瓶放入少量植物油，使二氧化碳不能直接與水接觸，減小溶解造成的誤差，或把水改成不能溶解二氧化碳的飽和碳酸氫鈉溶液；
故答案為：CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑；CO₂溶于水；在瓶中加一層油（或?qū)⑺�改成飽和碳酸氫鈉溶液）；
（3）方案三采取直接稱量反應(yīng)前后的質(zhì)量來稱出產(chǎn)生二氧化碳的質(zhì)量，但由于沒有考慮到鹽酸的揮發(fā)或水隨氣體而擴散到空氣中等因素，會誤把揮發(fā)的氯化氫氣體和水當(dāng)作放出的二氧化碳，導(dǎo)致稱得的二氧化碳質(zhì)量偏大，所計算的碳酸鈣質(zhì)量因之偏大則所得質(zhì)量分數(shù)偏高；
故答案為：H₂O和HCl的揮發(fā)．
分析：（1）方案一采取直接過濾分離出碳酸鈣進行稱量的方法獲得碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)；但在溶解和過濾時都會出現(xiàn)因牙膏成分復(fù)雜而操作起來比較困難的情況；
（2）方案二利用碳酸鈣與鹽酸發(fā)生反應(yīng)放出二氧化碳，通過測定產(chǎn)生氣體的體積計算參加反應(yīng)碳酸鈣的質(zhì)量；但實驗會因二氧化碳溶于水而出現(xiàn)誤差；
（3）方案三敞口進行實驗時，揮發(fā)出的HCl氣體和水都會被記作二氧化碳的質(zhì)量，導(dǎo)致出現(xiàn)放出二氧化碳質(zhì)量偏大的誤差．
點評：采取化學(xué)變化測定混合物中某組成成分的含量時，對反應(yīng)中某物質(zhì)質(zhì)量的測量將直接影響最終的探究結(jié)果．