Question

5．在濃硫酸的催化作用下，固體草酸（H₂C₂O₄）受熱分解生成碳的氧化物和水．某化學課外興趣小組對碳的氧化物的成分進行了實驗探究．
【提出問題】如何通過實驗確定碳的氧化物的成分．
【猜想】

猜想1	猜想2	猜想3
只有CO	只有CO2	CO和CO2都有

【設計實驗】基于猜想3，興趣小組同學設計了如圖實驗裝置：

【實驗探究】
（1）實驗過程中觀察到A裝置（填字母）中的澄清石灰水變渾濁，證明草酸分解時有CO₂氣體產生，A中發生的化學方程式為CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃+H₂O
（2）實驗過程中還觀察到以下實驗現象：①C裝置中澄清石灰水不變渾濁；②E裝置中黑色粉末變成紅色；③F裝置中澄清石灰水變渾濁，證明有CO氣體．
【實驗結論】通過實驗探究證明：猜想3成立．草酸分解的化學方程式是H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;濃硫酸\;}}{△}$CO₂↑+CO↑+H₂O．
【問題討論】
（1）C裝置的作用是檢驗二氧化碳是否被完全吸收
（2）裝置末端酒精燈的作用是處理尾氣CO，防止污染空氣．
【計算】興趣小組的四位男同學對學校角落的一堆石灰石產生了興趣，他們想知道其中含碳酸鈣的質量分數，于是他們取來了一些石灰石，并取稀鹽酸200g，平均分成4份，每人進行了一次實驗，結果如下：

實驗	1	2	3	4
加入樣品的質量/g	5	10	15	20
生成CO2的質量/g	1.54	3.08	4.4	m

①m的數值是4.4．
②請你協助他們計算這種石灰石中碳酸鈣的質量分數？（寫出完整的計算過程）

Answer 1

分析 【猜想】根據猜想1和3分析；
【實驗探究】（1）A裝置中的澄清石灰水變渾濁，能夠證明有CO₂氣體；
（2）最后有二氧化碳生成，說明有CO存在；
【實驗結論】根據猜想3成立可知，反應物、反應條件、生成物然后寫出化學反應式即可；
【問題討論】（1）二氧化碳可以檢驗二氧化碳氣體的存在；濃硫酸可以吸收水分；
（2）裝置末端酒精燈可以處理尾氣CO．
【計算】碳酸鈣的質量分數可根據第1次或第2次實驗中二氧化碳的質量求出．根據化學方程式得出各物質之間的質量比，列出比例式，即可求出參加反應的CaCO₃的質量，然后再根據質量分數公式進行計算即可

解答 解：【猜想】根據猜想1和3可知，猜想2是只有CO₂；
故答案為：CO₂．
【實驗探究】（1）二氧化碳遇澄清石灰水，可使石灰水變渾濁，所以A裝置中的澄清石灰水變渾濁，能夠證明有CO₂氣體；二氧化碳與氫氧化鈣反應生成碳酸鈣和水，方程式為：CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃+H₂O
故答案為：A．CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃+H₂O；
（2）C裝置中澄清石灰水不變渾濁，說明原有的二氧化碳已經被完全吸收；E裝置中黑色粉末變成紅色，說明氧化銅被還原；F中澄清石灰水變渾濁，說明有二氧化碳生成，說明還原氣是CO．
故答案為：黑色粉末變成紅色；澄清石灰水變渾濁．
【實驗結論】根據猜想3成立可知，生成物中有一氧化碳、二氧化碳、水，所以化學反應式是：H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;濃硫酸\;}}{△}$CO₂↑+CO↑+H₂O．
故答案為：H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;濃硫酸\;}}{△}$CO₂↑+CO↑+H₂O．
【問題討論】（1）澄清石灰水可以檢驗二氧化碳氣體的存在，所以C裝置的作用是檢驗二氧化碳是否被完全吸收；濃硫酸可以吸收水分，所以D裝置的作用是吸收水分；
故答案為：檢驗二氧化碳是否被完全吸收；
（2）為防止一氧化碳污染空氣，裝置末端酒精燈可以點燃尾氣CO，防止污染空氣．
故答案為：處理尾氣CO，防止污染空氣．
【計算】①因為第3次反應已是完全反應，不再有氣體產生，故第四次反應生成的氣體質量的第三次的一樣多，即m=4.4．
②設第1次實驗中樣品中的碳酸鈣的質量為x，
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                   44
x                    1.54g
$\frac{100}{44}=\frac{x}{1.54g}$
解之得：x=3.5g，
石灰石中碳酸鈣的質量分數為：$\frac{3.5g}{5g}$×100%=70%．
答：石灰石中碳酸鈣的質量分數為70%．
故答案為：①4.4；②70%．

點評 此題是檢驗一氧化碳和二氧化碳的存在，就要我們熟悉一氧化碳和二氧化碳的性質特點．