Question

17．化學興趣小組對牙膏中摩擦劑成分及其含量進行探究．查資料得知：某品牌牙膏中的摩擦劑由碳酸鈣、氫氧化鋁組成；牙膏中其它成分不與酸、堿反應．
I．利用下圖所示裝置（圖中夾持儀器略去）進行實驗，充分反應后，測定C中生成的BaCO₃沉淀質量，以確定碳酸鈣的質量分數．

依據實驗過程回答下列問題：
（1）以下檢查整套裝置氣密性的操作正確的是a（填字母代號）．
a．組裝好儀器后，密封裝置A的進氣口和裝置D的出氣口，分液漏斗中裝水，打開分液漏斗的兩個活塞，若水滴不進去，則整套裝置不漏氣
b．裝好藥品后，密封裝置A的進氣口和裝置D的出氣口，打開分液漏斗的兩個活塞，若鹽酸滴不進去，則整套裝置不漏氣
c．微熱B，若A中溶液進入長導管，C中長導管冒氣泡，則整套裝置不漏氣
（2）實驗過程中需持續緩緩通入空氣．其作用除了可攪拌B、C中的反應物外，還有把生成的CO₂氣體全部排入C中，使之完全被Ba（OH）₂溶液吸收．
（3）鹽酸有一定程度的揮發性，為什么該興趣小組不在B、C之間增添盛有飽和碳酸氫鈉溶液的洗氣裝置？碳酸氫鈉雖能吸收鹽酸，但也產生CO₂，HCl即使進入裝置C中，由于Ba（OH）₂是足量的，就會被Ba（OH）₂中和，不會溶解BaCO₃．
（4）實驗中準確稱取16.00g樣品三份，進行三次測定，測得BaCO₃平均質量為7.88g．則樣品中碳酸鈣的質量分數為25%．
Ⅱ．為確定該牙膏摩擦劑中氫氧化鋁的存在，請設計實驗．

實驗步驟	預期現象與結論
取適量牙膏樣品于試管中，加入足量的NaOH溶液，過濾， 向濾液中滴加鹽酸．	濾液中先出現白色沉淀， 隨后沉淀溶解，說明該牙膏摩擦劑中含氫氧化鋁．

Answer 1

分析 I．（1）根據氣壓差原理檢驗裝置的氣密性，檢驗裝置氣密性必須在裝置藥品之前進行，在裝置中如果微熱B，由于長導管被液封，所以無論裝置氣密性是否良好，A裝置中導管都不會出現液柱，據此答題；
（2）實驗通過C裝置生成的碳酸鋇的質量測定二氧化碳的質量，進而計算牙膏中碳酸鈣的質量分數．裝置中殘留部分二氧化碳，不能被完全吸收，導致測定的碳酸鋇的質量偏小；
（3）揮發出來的氯化氫氣體與飽和碳酸氫鈉溶液反應會產生二氧化碳，影響實驗結果測量；
（4）根據碳元素守恒可知關系式：CaCO₃～BaCO₃，據此求得碳酸鈣的質量，進而確定質量分數；
II．確定該牙膏摩擦劑中氫氧化鋁的存在，根據氫氧化鋁的兩性的特點，可以將牙膏樣品在加入足量的NaOH溶液，過濾后，向濾液中滴加鹽酸，如果濾液中先出現白色沉淀，隨后沉淀溶解，則說明該牙膏摩擦劑中含氫氧化鋁，據此答題．

解答 解：I．（1）根據氣壓差原理檢驗裝置的氣密性，檢驗裝置氣密性必須在裝置藥品之前進行，在裝置中如果微熱B，由于長導管被液封，所以無論裝置氣密性是否良好，A裝置中導管都不會出現液柱，故選a；
（2）裝置中殘留部分二氧化碳，不能被完全吸收，導致測定的碳酸鋇的質量偏小，持續緩緩通入空氣的作用為：把生成的CO₂氣體全部排入C中，使之完全被Ba（OH）₂溶液吸收；
故答案為：把生成的CO₂氣體全部排入C中，使之完全被Ba（OH）₂溶液吸收；
（3）揮發出來的氯化氫氣體與飽和碳酸氫鈉溶液反應會產生二氧化碳，影響實驗結果測量，而HCl即使進入裝置C中，由于Ba（OH）₂是足量的，就會被Ba（OH）₂中和，不會溶解BaCO₃，所以不在B、C之間增添盛有飽和碳酸氫鈉溶液的洗氣裝置，
故答案為：碳酸氫鈉雖能吸收鹽酸，但也產生CO₂，HCl即使進入裝置C中，由于Ba（OH）₂是足量的，就會被Ba（OH）₂中和，不會溶解BaCO₃；
（4）根據碳元素守恒可知關系式：CaCO₃～BaCO₃，BaCO₃平均質量為7.88g，所以碳酸鈣的質量為$\frac{7.88g}{197}×100$=4.00g，所以樣品中碳酸鈣的質量分數為$\frac{4.00}{16.00}$×100%=25%，
故答案為：25%；
II．確定該牙膏摩擦劑中氫氧化鋁的存在，根據氫氧化鋁的兩性的特點，可以將牙膏樣品在加入足量的NaOH溶液，過濾后，向濾液中滴加鹽酸，如果濾液中先出現白色沉淀，隨后沉淀溶解，則說明該牙膏摩擦劑中含氫氧化鋁，所以設計實驗為

實驗步驟	預期現象與結論
取適量牙膏樣品于試管中，加入足量的NaOH溶液，過濾，向濾液中滴加鹽酸	濾液中先出現白色沉淀，隨后沉淀溶解，說明該牙膏摩擦劑中含氫氧化鋁

，
故答案為：

實驗步驟	預期現象與結論
加入足量的NaOH溶液，過濾，向濾液中滴加鹽酸	濾液中先出現白色沉淀，隨后沉淀溶解，說明該牙膏摩擦劑中含氫氧化鋁

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點評 本題考查較為綜合，以物質的制備實驗為載體，綜合考查實驗的設計、物質的分離、提純等知識，對實驗原理與操作步驟的理解及評價、常用化學用語、化學計算、物質組成的測定等，注意根據物質的性質設計實驗方案，需要學生具有扎實的基礎知識與分析問題、解決問題的能力，理解實驗原理是解答的關鍵，題目難度中等．