Question

15．用作牙膏摩擦劑的輕質(zhì)碳酸鈣可以用礦石A來(lái)制備，某化學(xué)興趣小組設(shè)計(jì)了2種轉(zhuǎn)化流程，如圖所示．
【生產(chǎn)流程】

【相關(guān)資料】
a．二氧化碳持續(xù)通入氫氧化鈣溶液發(fā)生如下反應(yīng)：
CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O，CaCO₃+H₂O+CO₂=Ca（HCO₃）₂；
b．碳酸氫鈣微溶于水，微熱易分解：Ca（HCO₃）₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$ CaCO₃↓+H₂O+CO₂↑；
c．生石灰與水充分反應(yīng)后可得到顆粒非常細(xì)小的熟石灰漿．
【問(wèn)題討論】
（1）小王主張用流程①、②、④和操作Ⅱ的設(shè)計(jì)．請(qǐng)寫出反應(yīng)①和④的化學(xué)方程式：
①CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaO+CO₂↑；④Ca（OH）₂+Na₂CO₃=CaCO₃↓+2NaOH；
操作Ⅱ包括攪拌和過(guò)濾、洗滌、烘干等工序；該流程中，通過(guò)反應(yīng)④可回收副產(chǎn)品NaOH．
（2）小李認(rèn)為流程①、②、③和操作I比小王的主張更好，理由是：二氧化碳得到充分利用，節(jié)約原料；
（3）制輕質(zhì)碳酸鈣時(shí)，D為懸濁液（選填“懸濁液”或“溶液”），理由是：澄清石灰水中氫氧化鈣濃度太小，生產(chǎn)效率很低．
（4）小李認(rèn)為得到的產(chǎn)品中可能含有雜質(zhì)Ca（HCO₃）₂，所以操作Ⅰ包括攪拌、微熱和過(guò)濾、烘干等工序，以提高產(chǎn)率．
【產(chǎn)品含量測(cè)定】CaCO₃含量的測(cè)定：取20.0g產(chǎn)品，研成粉狀后，按圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．

（5）實(shí)驗(yàn)步驟：
①連接好裝置，檢查氣密性； ②打開(kāi)彈簧夾C，在A處緩緩?fù)ㄈ胍欢螘r(shí)間空氣；
③稱量F的質(zhì)量；   ④關(guān)閉彈簧夾C，慢慢滴加稀硫酸至過(guò)量，直至D中無(wú)氣泡冒出；
⑤打開(kāi)彈簧夾C，再次緩緩?fù)ㄒ欢螘r(shí)間空氣；⑥稱量F的質(zhì)量，得前后兩次質(zhì)量差為8.7g．（6）問(wèn)題探究
①產(chǎn)品研成粉的目的增大接觸面積，充分反應(yīng)；
②B裝置的作用是除去空氣中的二氧化碳；G裝置的作用是防止空氣中的二氧化碳進(jìn)入F裝置，
③若沒(méi)有E裝置，則測(cè)定的CaCO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)偏大（填“偏大”、“偏小”、“不變”）．
稱量F的質(zhì)量，得前后兩次質(zhì)量差為8.7g，可求得產(chǎn)品中CaCO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.86%．
【總結(jié)反思】
某同學(xué)設(shè)計(jì)上述實(shí)驗(yàn)方案測(cè)定牙膏中鈣元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：向一定量牙膏中加入過(guò)量稀鹽酸，測(cè)定生成CO₂的質(zhì)量，據(jù)此計(jì)算牙膏中鈣元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．小李同學(xué)認(rèn)為即使排除實(shí)驗(yàn)儀器和操作的影響，上述測(cè)定的結(jié)果仍不一定準(zhǔn)確，理由是二氧化碳能溶于水．

Answer 1

分析 （1）碳酸鈣能分解生成氧化鈣，氧化鈣能與水反應(yīng)生成氫氧化鈣，氫氧化鈣能與二氧化碳或碳酸鈉反應(yīng)生成碳酸鈣，生成的碳酸鈣不溶于水，可以通過(guò)過(guò)濾的方法從溶液中分離出來(lái)；
（2）根據(jù)物質(zhì)的循環(huán)利用分析；
（3）根據(jù)氫氧化鈣的溶解性分析；
（4）根據(jù)題中信息二氧化碳過(guò)量會(huì)生成碳酸氫鈣以及碳酸氫鈣微熱分解的性質(zhì)分析；
（5）根據(jù)流程圖及實(shí)驗(yàn)原理，要測(cè)定碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可測(cè)定生成的二氧化碳的質(zhì)量，可利用F裝置吸收二氧化碳，在吸收之前需除去二氧化碳中的水分及空氣中的二氧化碳，因此要利用除去二氧化碳的空氣將生成的二氧化碳全部排到F裝置中．
【總結(jié)反思】根據(jù)二氧化碳的溶解性解答．

解答 解：（1）①碳酸鈣高溫分解生成氧化鈣和二氧化碳，②生成的氧化鈣與水反應(yīng)生成氫氧化鈣，故B為二氧化碳，C為氧化鈣，生成的D為氫氧化鈣，③氫氧化鈣與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀和水，④氫氧化鈣能與碳酸鈉發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成碳酸鈣和氫氧化鈉，生成的碳酸鈣不溶于水，可以通過(guò)過(guò)濾的方法從溶液中分離出來(lái)，同時(shí)得到副產(chǎn)品氫氧化鈉；
（2）流程①、②、③的③是將碳酸鈣分解生成的二氧化碳加以利用，節(jié)約了原料；
（3）澄清石灰水中氫氧化鈣濃度太小，生產(chǎn)效率很低．懸濁液中含有氫氧化鈣較多，得到的輕質(zhì)碳酸鈣多；
（4）由題中信息二氧化碳持續(xù)通入氫氧化鈣溶液發(fā)生如下反應(yīng)：CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O，CaCO₃+H₂O+CO₂=Ca（HCO₃）₂；碳酸氫鈣微溶于水，微熱易分解：Ca（HCO₃）₂═CaCO₃↓+H₂O+CO₂↑可知將碳酸氫鈣轉(zhuǎn)化成碳酸鈣可以采用微熱的方法；
（6）①為增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率，讓反應(yīng)物充分反應(yīng)，可將產(chǎn)品研成粉末；
②根據(jù)流程圖裝置分析，要通過(guò)測(cè)定生成的二氧化碳的質(zhì)量計(jì)算碳酸鈣的含量，則需將生成的二氧化碳用除去二氧化碳的空氣全部排出，因此B裝置的作用是除去空氣中的二氧化碳；E裝置是除去生成的二氧化碳中的水，F(xiàn)裝置是吸收生成的二氧化碳，G裝置的作用是防止空氣中的二氧化碳進(jìn)入F裝置；
③若沒(méi)有E裝置，生成的二氧化碳?xì)怏w中含有水分而使二氧化碳的質(zhì)量增大，則測(cè)定的CaCO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)偏大．
稱量F的質(zhì)量，得前后兩次質(zhì)量差為8.7g，故生成的二氧化碳的質(zhì)量為8.7g
設(shè)碳酸鈣的質(zhì)量為x
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                   44
x                    8.7g
$\frac{100}{x}$=$\frac{44}{8.7g}$
  x=19.77g
故碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{19.77g}{20g}$×100%=98.86%；
【總結(jié)反思】利用碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)生成氯化鈣、水和二氧化碳，通過(guò)所設(shè)計(jì)的方案測(cè)量完全反應(yīng)產(chǎn)生氣體二氧化碳的質(zhì)量，然后根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式計(jì)算參加反應(yīng)碳酸鈣的質(zhì)量，求得牙膏中碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；二氧化碳能溶于水，而會(huì)使測(cè)得的二氧化碳體積偏小．
故答案為：（1）CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaO+CO₂↑，Ca（OH）₂+Na₂CO₃=CaCO₃↓+2NaOH，過(guò)濾，NaOH；
（2）二氧化碳得到充分利用，節(jié)約原料；
（3）懸濁液，澄清石灰水中氫氧化鈣濃度太小，生產(chǎn)效率很低；
（4）微熱；
（5）①增大接觸面積，充分反應(yīng)；
②除去空氣中的二氧化碳，防止空氣中的二氧化碳進(jìn)入F裝置；
③偏大，98.86%；
【總結(jié)反思】二氧化碳能溶于水．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了碳酸鈣、氧化鈣和氫氧化鈣的相互轉(zhuǎn)化以及化學(xué)方程式的書寫、根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算、判斷物質(zhì)的組成等方面的問(wèn)題．