Question

某化學興趣小組的同學設計了如下實驗來驗證二氧化碳氣體的相關性質，實驗步驟如下：
Ⅰ．取一個三通管（三個管口都未密封，與空氣相通），在三通管的上部和下部各放一張濕潤的藍色石蕊試紙．然后將它與二氧化碳的發生裝置連接．（如圖1，整套裝置的氣密性良好）
Ⅱ．打開分液漏斗的活塞，使石灰石與稀鹽酸接觸，觀察到相關現象后，停止實驗．
Ⅲ．取下圖1中的三通管，把貼有試紙B的那端放在酒精燈火焰上加熱（如圖2），觀察實驗現象．
注：整個實驗中不考慮反應過程中水分和HCl氣體的揮發，且圖1中產生的氣流較緩慢．
根據上述實驗，回答下列問題：
（1）實驗Ⅱ步驟中三通管內產生的實驗現象是______；由此說明二氧化碳氣體具有______、______的性質．
（2）實驗Ⅲ步驟中一定發生的化學反應方程式是______；
（3）若不改變圖1的實驗裝置，還要驗證二氧化碳氣體具有不能燃燒、也不能支持燃燒的性質，需要補充的實驗是______．
（4）取12g石灰石樣品放入盛有105.4g稀鹽酸溶液的燒杯中，恰好完全反應．有關實驗數據如下表：（假設石灰石樣品中雜質不與稀鹽酸反應也不溶于水，且不考慮反應過程中水分和HCl氣體的揮發）

	反應前		反應后
實驗 數據	燒杯和稀鹽酸的質量	石灰石樣品的質量	燒杯和其中混合物的質量
	150g	12g	157.6g

①反應中生成二氧化碳的質量為______g．
②該石灰石樣品中碳酸鈣的質量分數為______（結果精確到0.1%）．
③反應后所得溶液中溶質質量分數是多少？（請寫出計算過程）

Answer 1

解：（1）根據二氧化碳的密度和與水反應生成碳酸的性質可推知實驗現象是濕潤的藍色石蕊試紙B變紅色；由此說明二氧化碳氣體具有 密度比空氣大、能與水反應生成碳酸的性質．
故答案為：濕潤的藍色石蕊試紙B變紅色；密度比空氣大；能與水反應生成碳酸（或酸性物質）；
（2）碳酸受熱易分解，化學反應方程式是 H₂CO₃H₂O+CO₂↑；
故答案為：H₂CO₃H₂O+CO₂↑
（3）要驗證二氧化碳氣體具有不能燃燒、也不能支持燃燒的性質，需要補充的實驗是 取一根燃著的小木條放在b導管口，發現小木條熄滅．
故答案為：取一根燃著的小木條放在b導管口，發現小木條熄滅．
（4）①根據質量守恒定律，反應中生成二氧化碳的質量=150g+12g-157.6g=4.4g
故答案為：4.4；
②設恰好完全反應時參加反應碳酸的質量為x
CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100 44
x 4.4g

x=10g
該石灰石樣品中碳酸鈣的質量分數=≈83.3%
故答案為：83.3%；
③解：設反應生成氯化鈣的質量為y
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
111 44
y 4.4g
=
y=11.1g
反應后所得溶液的總質量是10g+105.4g-4.4g=111g
反應后所得溶液的溶質質量分數為（）╳100%=10%
答：反應后所得溶液的溶質質量分數為10%．
分析：（1）藍色石蕊試紙遇酸變紅，根據b端試紙變紅現象來推斷二氧化碳的性質；
（2）根據反應規律和書寫原則完成化學方程式；
（3）驗證二氧化碳不燃燒不支持燃燒的性質，可以通過燃著的木條熄滅來證明．
（4）石灰石中的主要成分碳酸鈣與鹽酸反應放出氣體二氧化碳，恰好完全反應后所剩余物質的質量小于反應前各物質的質量和，根據質量守恒定律，質量的差即為反應所放出二氧化碳的質量；
根據反應的化學方程式，利用生成二氧化碳的質量，計算樣品中碳酸鈣的質量；碳酸鈣的質量與樣品質量比即樣品中碳酸鈣的質量分數；
恰好完全反應后所得溶液為氯化鈣溶液，其溶液的質量分數=；氯化鈣的質量可由恰好完全反應時生成二氧化碳的質量求得，反應后溶液的質量可利用質量守恒而求得．
點評：本題通過設計實驗考查了二氧化碳的重要性質，實驗較新穎，同學們要透過現象看到本質，此題難度中等．關于計算則是利用質量守恒定律，恰好完全反應后溶液的質量=參加反應的碳酸鈣的質量+所加稀鹽酸的質量-生成氣體二氧化碳的質量的關系進行的求解．