Question

13．為測(cè)定碳酸鈣的純度（雜質(zhì)SiO₂），學(xué)生設(shè)計(jì)了如下幾個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，請(qǐng)回答每個(gè)方案中的問題．（相對(duì)原子質(zhì)量：C=12  O=16  Ca=40）
【方案Ⅰ】如圖：
①稱取碳酸鈣樣品m g；②加入過量鹽酸；
③測(cè)定儀器A的增重為a g．
（1）儀器A的名稱是干燥管．
【方案Ⅱ】
①稱取碳酸鈣樣品5.0g；②用1.00mol/L鹽酸100.0mL（過量）溶解樣品；③取溶解后溶液體積的$\frac{1}{10}$用0.1000mol/L NaOH溶液滴定，重復(fù)滴定三次，平均用去15.00mL．
（2）該碳酸鈣樣品的純度=85.0%．（計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
【方案Ⅲ】
①稱取碳酸鈣樣品mg；②高溫煅燒1000℃直至質(zhì)量不再改變，冷卻后稱量，固體質(zhì)量為m′g．
（3）本方案中的“冷卻”應(yīng)在干燥器中進(jìn)行，理由是防止生成的氧化鈣與空氣中的H₂O、CO₂反應(yīng)，造成質(zhì)量改變而產(chǎn)生誤差．
【方案Ⅳ】
①稱量碳酸鈣樣品m g；②加入足量c mol/L鹽酸V mL使之完全溶解；③過濾并取濾液；④在濾液中加入過量c′mol/LNa₂CO₃溶液V′mL；⑤將步驟④中的沉淀濾出、洗滌、干燥、稱重為bg．
（4）此方案中不需要的數(shù)據(jù)是（填字母序號(hào)）BC．
A．m           B．c、V          C．c′、V′D．b
（5）綜上所述，你認(rèn)為四個(gè)方案中，最好的方案是Ⅱ．寫出其它一個(gè)方案的缺點(diǎn)：（如：方案Ⅳ；沉淀的洗滌、干燥、稱量操作過程復(fù)雜，容易造成較大誤差．）
方案Ⅰ；氣體質(zhì)量難以測(cè)量準(zhǔn)確或回答①裝置中原有的CO₂也被堿石灰吸收；②反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂未被完全吸收；③空氣中的H₂O和CO₂也被堿石灰吸收；④加入的硫酸的量不足，未能將碳酸鈉完全反應(yīng)；⑤裝置的氣密性不好等；或Ⅲ；實(shí)驗(yàn)室難于提供1000℃的高溫．

Answer 1

分析 （1）裝置圖分析儀器A是干燥管；
（2）根據(jù)酸堿中和滴定中氫氧化鈉消耗的氯化氫計(jì)算出碳酸鈣反應(yīng)消耗的氯化氫，再根據(jù)碳酸鈣與氯化氫反應(yīng)的關(guān)系式計(jì)算出碳酸鈣的物質(zhì)的量、質(zhì)量及樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（3）碳酸鈣高溫煅燒得到的氧化鈣和空氣中水蒸氣、二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，影響測(cè)定準(zhǔn)確性；
（4）加入過量鹽酸，碳酸鈣全部溶解為氯化鈣溶液，加入過量碳酸鈉會(huì)沉淀鈣離子為碳酸鈣沉淀，所以最后洗滌干燥得到的沉淀質(zhì)量即為樣品中碳酸鈣質(zhì)量，計(jì)算得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（5）分析判斷可知方案Ⅱ測(cè)定結(jié)果更準(zhǔn)確；方案Ⅰ稱量操作復(fù)雜，易造成誤差．方案Ⅲ溫度難于在實(shí)驗(yàn)室中達(dá)到．

解答 解：（1）儀器A的名稱為干燥管，用于測(cè)定生成二氧化碳的質(zhì)量，故答案為：干燥管；
（2）碳酸鈣消耗的氯化氫的物質(zhì)的量為：0.1L×1mol/L-10×0.1000mol/L×0.015L=0.085mol，
碳酸鈣與氯化氫反應(yīng)的關(guān)系式為：CaCO₃～2HCl，碳酸鈣的物質(zhì)的量為：0.085mol×$\frac{1}{2}$=0.0425mol，
所以樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{0.0425mol×100g/mol}{5.0g}$×100%=85%，
故答案為：85.0%；
（3）高溫煅燒1000℃直至質(zhì)量不再改變碳酸鈣分解生成氧化鈣和二氧化碳，“冷卻”應(yīng)在干燥器中進(jìn)行防止生成的氧化鈣與空氣中的H₂O、CO₂反應(yīng)，造成質(zhì)量改變而產(chǎn)生誤差；
故答案為：防止生成的氧化鈣與空氣中的H₂O、CO₂反應(yīng)，造成質(zhì)量改變而產(chǎn)生誤差；
（4）加入過量鹽酸，碳酸鈣全部溶解為氯化鈣溶液，加入過量碳酸鈉會(huì)沉淀鈣離子為碳酸鈣沉淀，所以最后洗滌干燥得到的沉淀質(zhì)量即為樣品中碳酸鈣質(zhì)量，計(jì)算得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)，需要數(shù)據(jù)是稱取碳酸鈣樣品m g，④中的沉淀濾出、洗滌、干燥、稱重為bg，所以不需要的是：B．c、V 和C．c′、V′；
故答案為：B C；
（5）通過對(duì)比題中兩個(gè)方案可知，方案Ⅱ測(cè)定結(jié)果更準(zhǔn)確；而方案Ⅰ中，沉淀的洗滌、干燥、稱量操作過程復(fù)雜，容易造成較大誤差，或回答①裝置中原有的CO₂ 也被堿石灰吸收；②反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂ 未被完全吸收；③空氣中的H₂O和CO₂ 也被堿石灰吸收；④加入的硫酸的量不足，未能將碳酸鈉完全反應(yīng)；⑤裝置的氣密性不好等；或Ⅲ實(shí)驗(yàn)室難于提供1000℃的高溫；
故答案為：Ⅱ；Ⅰ；氣體質(zhì)量難以測(cè)量準(zhǔn)確或回答①裝置中原有的CO₂ 也被堿石灰吸收；②反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂ 未被完全吸收；③空氣中的H₂O和CO₂ 也被堿石灰吸收；④加入的硫酸的量不足，未能將碳酸鈉完全反應(yīng)；⑤裝置的氣密性不好等；或Ⅲ；實(shí)驗(yàn)室難于提供1000℃的高溫．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了探究碳酸鈣樣品的含量、性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)，題目難度中等，注意掌握實(shí)驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用方法，明確評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方案的原則．