Question

4．化學興趣小組欲探究自己使用的某品牌牙膏的主要成分．
【查閱資料】
（1）牙膏的成分有活性物質、摩擦劑、保持牙膏濕潤的甘油等物質．
（2）常用的牙膏摩擦劑的主要成分有CaCO₃、Al（OH）₃、SiO₂．
（3）牙膏除了碳酸鈣以外，其他物質均不與稀鹽酸反應產生氣體．
（4）SiO₂不溶于水，也不與鹽酸反應．Al（OH）₃和氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉（NaAlO₂）和水，該反應的化學方程式為Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O．偏鋁酸鈉和適量稀鹽酸反應生成氫氧化鋁，氫氧化鋁和稀鹽酸可以發生中和反應．
（5）相關物質的溶解性表：

物質	Al（OH）3	NaAlO2	AlCl3
溶解性	不溶	溶	溶

該品牌牙膏含有上述摩擦劑中的兩種成分，為探究摩擦劑的組成，化學興趣小組取適量該牙膏加水充分攪拌、靜置、過濾、洗滌、干燥，得到該牙膏中的摩擦劑．
【提出猜想】猜想1：摩擦劑的成分為Al（OH）₃和CaCO₃．
猜想2：摩擦劑的成分為SiO₂和CaCO₃．
猜想3：摩擦劑的成分為SiO₂和Al（OH）₃．
【設計實驗】

實驗步驟	預期實驗現象	預期實驗結論
組裝如圖裝置進行實驗．取少量摩擦劑于錐形瓶中，加入適量的稀鹽酸．	固體全部溶解，有氣泡，石灰水變混濁	則猜想1成立 錐形瓶中發生的化學反應方程式為Al（OH）3+3HCl=AlCl3+3H2O CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑．
	摩擦劑部分溶解 石灰水無明顯變化	則猜想3成立

【實驗結論】經過實驗驗證，猜想1成立．
【實驗反思】同學們為進一步確認摩擦劑中含有氫氧化鋁，先在少量牙膏樣品中加入過量的氫氧化鈉溶液，靜置一段時間，取上層清液，再滴加稀鹽酸至過量．整個實驗過程中觀察到的現象為牙膏樣品中部分固體溶解，向上層清夜中滴加稀鹽酸時開始無現象，之后有固體產生，最后固體溶解，依據該現象可以判斷摩擦劑中一定含有氫氧化鋁．

Answer 1

分析 牙膏摩擦劑的主要成分有CaCO₃、Al（OH）₃、SiO₂，根據由上邊物質中的兩種組成，進行兩種物質的組合考慮；根據預期實驗結論猜想1正確，用猜想1的成分與鹽酸反應考慮實驗現象；根據若摩擦劑部分溶解，不產生氣泡，說明不存在碳酸鈣考慮哪一猜想正確；（1）根據方程式的寫法考慮；（2）根據硫酸與碳酸鈣反應的生成物考慮．

解答 解：牙膏摩擦劑的主要成分有CaCO₃、Al（OH）₃、SiO₂，根據由上邊物質中的兩種組成，猜想1：摩擦劑的成分為Al（OH）₃和CaCO₃；猜想3：摩擦劑的成分為SiO₂和Al（OH）₃；所以還缺少SiO₂和CaCO₃的組合；所以猜想2是SiO₂和CaCO₃；
預期實驗結論猜想1正確，即牙膏摩擦劑的成分是Al（OH）₃和CaCO₃，加入鹽酸后，氫氧化鋁與鹽酸反應，生成氯化鋁和水；碳酸鈣與鹽酸反應生成氯化鈣、水、二氧化碳，所以現象是全部溶解，并產生氣泡；
若摩擦劑部分溶解，不產生氣泡，說明其中不能含有碳酸鈣，因為碳酸鈣與鹽酸反應生成氯化鈣、水、二氧化碳，所以猜想3成立；
氫氧化鋁與鹽酸反應的反應物是氫氧化鋁與鹽酸，生成物是氯化鋁和水，用觀察法配平；
【實驗反思】同學們為進一步確認摩擦劑中含有氫氧化鋁，先在少量牙膏樣品中加入過量的氫氧化鈉溶液，靜置一段時間，取上層清液，再滴加稀鹽酸至過量．整個實驗過程中觀察到的現象為牙膏樣品中部分固體溶解，向上層清夜中滴加稀鹽酸時開始無現象，之后有固體產生，最后固體溶解，依據該現象可以判斷摩擦劑中一定含有氫氧化鋁．
答案：
【查閱資料】（4）Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O
提出猜想】猜想2：SiO₂和CaCO₃
設計實驗】

實驗步驟	預期實驗現象	預期實驗結論
稀鹽酸		Al（OH）3+3HCl=AlCl3+3H2O CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑

【實驗反思】牙膏樣品中部分固體溶解，向上層清夜中滴加稀鹽酸時開始無現象，之后有固體產生，最后固體溶解．

點評 解答本題關鍵是要知道氫氧化鋁與碳酸鈣都不溶于水，但能與鹽酸反應，并且碳酸鈣與鹽酸反應生成氯化鈣、水、二氧化碳，要根據實驗結論能反推出實驗現象，根據實驗現象推出物質組成，得出實驗結論．