Question

某研究性学习小组的同学通过课外学习了解到：某品牌牙膏中含有摩擦剂、湿润剂、表面活性剂、黏合剂、香料、甜味剂等成分，其中的摩擦剂除了含CaCO₃外，可能还含有Al(OH)₃、SiO₂中的一种或两种。为探究该品牌牙膏中摩擦剂的成分，该小组的同学进行了如下实验(牙膏中其他成分遇到盐酸时无气体产生)：

请回答下列问题：

（1）操作Ⅰ中涉及的玻璃仪器有烧杯、________、________

（2）写出下列操作Ⅳ的离子方程式：______________________________

（3）该摩擦剂中除CaCO₃外，肯定含有__________________

（4）为进一步探究摩擦剂中碳酸钙的含量，该小组同学利用如图所示装置(图中夹持仪器略去)进行实验。

请回答下列问题：

①实验过程中需持续缓缓通入空气。其作用除了可充分混合装置乙和丙中的反应物外，还有________的作用；

②丙中主要反应的化学方程式是_______________

③实验中准确称取4.00 g样品三份，进行三次测定，测得BaCO₃的平均质量为1.97 g，计算样品中碳酸钙的质量分数：__________________________

④有同学认为只要测定装置丙在吸收CO₂前后的质量差，不必测定装置丙中生成的BaCO₃质量，一样可以确定碳酸钙的质量分数。你认为该方案是否可行？________，简述理由：________。

Answer

（1）玻璃棒 漏斗(2分) （2） SiO2＋2OH－＝SiO32－＋H2O(2分) （3）Al(OH)3、SiO2(2分)

（4）①把生成的CO2全部排入丙装置中，使之完全被Ba(OH)2吸收(2分)

②Ba(OH)2＋CO2＝BaCO3↓＋H2O(2分) ③25% (2分)

④不可行(1分) 乙中的水蒸气、HCl气体等进入装置丙中造成实验误差(2分)

【解析】

试题分析：操作Ⅰ得到沉淀A，则操作Ⅰ为过滤，沉淀A为不溶性物质，为碳酸钙、氢氧化铝和二氧化硅等；加入盐酸，碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，氢氧化铝和盐酸反应生成氯化铝和水，二氧化硅不反应，故通过操作Ⅱ即过滤得到的沉淀C为二氧化硅等不溶性物质，气体D为二氧化碳，溶液B中钙离子和铝离子，溶液B中加入过量氢氧化钠，铝离子生成偏铝酸钠，沉淀C和过量氢氧化钠反应生成偏硅酸钠和水，二氧化碳和过量澄清石灰水生成碳酸钙沉淀。

（1）过滤操作所用仪器为：烧杯、玻璃棒、漏斗、铁架台等；

（2）沉淀C和过量氢氧化钠反应生成偏硅酸钠和水，反应的离子方程式为：SiO2＋2OH－＝SiO32－＋H2O；

（3）溶液B中含钙离子和铝离子，溶液B中加入过量氢氧化钠，先生成沉淀，后部分溶解，说明含铝离子，铝离子生成偏铝酸钠，反应的离子方程式为：Al3++4OH-=AlO2-+2H2O，钙离子和氢氧化钠生成氢氧化钙沉淀，反应的离子方程式为：Ca2++2OH-=Ca（OH）2↓，说明沉淀沉淀A中含氢氧化铝；二氧化硅和氢氧化钠反应生成硅酸钠和水，沉淀C能和氢氧化钠反应，故沉淀C为二氧化硅；所以该摩擦剂中除CaCO3外，肯定含有Al（OH）3、SiO2；

（4）该实验方案是测定丙中生成的BaCO3沉淀质量，确定生成的二氧化碳的质量，进而以确定碳酸钙的质量分数。

①实验装置中会残留部分二氧化碳，影响丙中二氧化碳质量的沉淀，需要通入空气将装置内的二氧化碳完全排入丙中被吸收，步骤④通入空气的作用是把生成的CO2气体全部排入丙中，使之完全被Ba（OH）2溶液吸收。

②氢氧化钡和二氧化碳反应生成碳酸钡和水，反应方程式为：Ba(OH)2＋CO2＝BaCO3↓＋H2O。

③BaCO3的质量为1.97g，其物质的量为1.97g÷197g/mol=0.01mol，生成二氧化碳的物质的量为0.01mol，由碳元素守恒可知牙膏中n（CO2）=n（CaCO3）=0.01mol，碳酸钙质量为0.01mol×100g/mol=1g，牙膏中碳酸钙的质量分数为×100%=25%。

④乙中的水蒸气、HCl气体会进入装置丙中使得CO2称量结果偏大，故测定装置丙在吸收CO2前后质量差，不可行。

【考点定位】本题主要是考查学生对实验设计的能力、对操作的评价、物质含量的测定、化学计算等

【名师点晴】综合实验设计题的解题思路

（1）巧审题，明确实验的目的和原理。实验原理是解答实验题的核心，是实验设计的依据和起点。实验原理可从题给的化学情景(或题首所给实验目的)并结合元素化合物等有关知识获取。在此基础上，遵循可靠性、简捷性、安全性的原则，确定符合实验目的、要求的方案。

（2）想过程，理清实验操作的先后顺序。根据实验原理所确定的实验方案中的实验过程，确定实验操作的方法步骤，把握各步实验操作的要点，理清实验操作的先后顺序。

（3）看准图，分析各项实验装置的作用。有许多综合实验题图文结合，思考容量大。在分析解答过程中，要认真细致地分析图中所示的各项装置，并结合实验目的和原理，确定它们在该实验中的作用。

（4）细分析，得出正确的实验结论。实验现象(或数据)是化学原理的外在表现。在分析实验现象(或数据)的过程中，要善于找出影响实验成败的关键以及产生误差的原因，或从有关数据中归纳出定量公式，绘制变化曲线等。