Question

牙膏是和牙刷一起用于清洁牙齿，保护口腔卫生，对人体安全的一种日用必需品．某研究性学习小组对某一品牌牙膏中所含摩擦剂的成分及含量进行了如下探究．

【查阅资料】
（1）牙膏常用氢氧化铝、碳酸钙、二氧化硅等物质作摩擦剂，牙膏中其它成分遇到盐酸时无气体生成；
（2）氢氧化铝是两性氢氧化物，在常温下它既能与强酸，又能与强碱反应．如与氢氧化钠可发生如下反应：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O．
Ⅰ．定性探究
【提出问题】该品牌牙膏中含有什么摩擦剂？
【实验与猜想】
（1）取少量牙膏膏体，加入过量的稀盐酸，牙膏全部溶解并有大量气泡产生，同时得到澄清溶液A，则该品牌牙膏中一定含有碳酸钙，一定不含有    ．
（2）进行猜想：摩擦剂可能
a．只含碳酸钙    b．   
【设计实验】

实验步骤	实验现象	解释与结论
取澄清溶液A逐滴滴入一定量氢氧化钠溶液	开始无明显现象，后产生白色沉淀	原因是    ，     （用化学方程式表示）．
继续滴入氢氧化钠溶液直至过量		摩擦剂中还含有

Ⅱ．定量探究
【提出问题】牙膏中碳酸钙的质量分数是多少呢？
【设计实验】
小明同学用图1所示装置，将一定量的牙膏与过量的盐酸反应，测量相关数据，推算出二氧化碳的质量，然后根据化学方程式求出碳酸钙的质量，再计算出碳酸钙的质量分数．
【交流与讨论】
（1）小强同学提出小明同学设计的探究方案不够严密，测定结果偏大．他的理由是    ．
（2）通过讨论改进了实验方案进行试验并测得数据如图2：
请你通过上述数据计算牙膏中碳酸钙的质量分数（请列出计算过程）．

Answer

Ⅰ．定性探究：（1）根据二氧化硅不溶于水，也不溶于酸分析
（2）根据牙膏的成分进行猜想
【设计实验】根据碳酸钙与盐酸反应生成氯化钙，氢氧化铝与盐酸反应生成氯化铝，氯化铝与氢氧化钠反应生成氢氧化铝沉淀，氢氧化铝又能和氢氧化钠反应．
Ⅱ．定量探究：根据盐酸的挥发性分析；根据碳酸钙与盐酸反应生成二氧化碳，二氧化碳与氢氧化钡反应生成碳酸钡沉淀的质量关系，根据碳酸钡可求出碳酸钙的质量，进而求出其质量分数．
【解析】
Ⅰ．定性探究
（1）取少量牙膏膏体，加入过量的稀盐酸，牙膏全部溶解并有大量气泡产生，同时得到澄清溶液A，则该品牌牙膏中一定含有碳酸钙，一定不含有二氧化硅，因为二氧化硅不溶于水，也不溶于酸．
（2）进行猜想：根据牙膏的组成成分可以猜想其成分可能是碳酸钙和氢氧化铝
【设计实验】取澄清溶液A中含有的溶质：一定含有盐酸，氯化钙，不能确定是否含有氯化铝，当逐滴滴入一定量氢氧化钠溶液，开始无明显现象，后产生白色沉淀，说明一定含有盐酸和氯化铝，因为只有含有盐酸和氯化铝，加入氢氧化钠后，氢氧化钠先与盐酸反应，当盐酸反应完全后，氢氧化钠再与氯化铝反应产生白色沉淀．化学方程式为NaOH+HCl═NaCl+H2O；AlCl3+3NaOH═Al（OH）3↓+3NaCl．继续滴入氢氧化钠溶液直至过量，氢氧化铝又会和氢氧化钠反应，沉淀溶解，因此摩擦剂中一定含有氢氧化铝，得到的溶液A中一定含有氯化铝．
Ⅱ．定量探究
（1）小强同学提出小明同学设计的探究方案不够严密，测定结果偏大，小强认为盐酸会挥发出氯化氢气体，使二氧化碳的质量偏大，从而根据化学方程式中二氧化碳的质量求出的碳酸钙的质量偏大．
（2）【解析】
设牙膏中碳酸钙的质量为x
由方程式
CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑ 
CO2+Ba（OH）2═BaCO3↓+H2
可得关系式
CaCO3～CO2～BaCO3
100          197
x           3.94g  

解得x=2g           
碳酸钙的质量分数==25%
答：牙膏中碳酸钙的质量分数为25%
故答案为：（1）SiO2．
（2）碳酸钙和氢氧化铝

  NaOH+HCl═NaCl+H2O，
AlCl3+3NaOH═Al（OH）3↓+3NaCl

沉淀溶解   氢氧化铝

Ⅱ．定量探究
（1）盐酸会挥发出氯化氢气体
（2）25%