Question

15．用作牙膏摩擦劑的輕質碳酸鈣可以用礦石A來制備，某化學興趣小組設計了2種轉化流程，如圖所示．
【生產流程】

【相關資料】
a．二氧化碳持續(xù)通入氫氧化鈣溶液發(fā)生如下反應：
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后可得到顆粒非常細小的熟石灰漿．
【問題討論】
（1）小王主張用流程①、②、④和操作Ⅱ的設計．請寫出反應①和④的化學方程式：
①CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaO+CO₂↑；④Ca（OH）₂+Na₂CO₃=CaCO₃↓+2NaOH；
操作Ⅱ包括攪拌和過濾、洗滌、烘干等工序；該流程中，通過反應④可回收副產品NaOH．
（2）小李認為流程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）制輕質碳酸鈣時，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，生產效率很低．
（4）小李認為得到的產品中可能含有雜質Ca（HCO₃）₂，所以操作Ⅰ包括攪拌、微熱和過濾、烘干等工序，以提高產率．
【產品含量測定】CaCO₃含量的測定：取20.0g產品，研成粉狀后，按圖進行實驗．

（5）實驗步驟：
①連接好裝置，檢查氣密性； ②打開彈簧夾C，在A處緩緩通入一段時間空氣；
③稱量F的質量；   ④關閉彈簧夾C，慢慢滴加稀硫酸至過量，直至D中無氣泡冒出；
⑤打開彈簧夾C，再次緩緩通一段時間空氣；⑥稱量F的質量，得前后兩次質量差為8.7g．（6）問題探究
①產品研成粉的目的增大接觸面積，充分反應；
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入F裝置，
③若沒有E裝置，則測定的CaCO₃的質量分數(shù)會偏大（填“偏大”、“偏小”、“不變”）．
稱量F的質量，得前后兩次質量差為8.7g，可求得產品中CaCO₃的質量分數(shù)為98.86%．
【總結反思】
某同學設計上述實驗方案測定牙膏中鈣元素的質量分數(shù)：向一定量牙膏中加入過量稀鹽酸，測定生成CO₂的質量，據此計算牙膏中鈣元素的質量分數(shù)．小李同學認為即使排除實驗儀器和操作的影響，上述測定的結果仍不一定準確，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，氧化鈣能與水反應生成氫氧化鈣，氫氧化鈣能與二氧化碳或碳酸鈉反應生成碳酸鈣，生成的碳酸鈣不溶于水，可以通過過濾的方法從溶液中分離出來；
（2）根據物質的循環(huán)利用分析；
（3）根據氫氧化鈣的溶解性分析；
（4）根據題中信息二氧化碳過量會生成碳酸氫鈣以及碳酸氫鈣微熱分解的性質分析；
（5）根據流程圖及實驗原理，要測定碳酸鈣的質量分數(shù)，可測定生成的二氧化碳的質量，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．
【總結反思】根據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生成碳酸鈣沉淀和水，④氫氧化鈣能與碳酸鈉發(fā)生復分解反應生成碳酸鈣和氫氧化鈉，生成的碳酸鈣不溶于水，可以通過過濾的方法從溶液中分離出來，同時得到副產品氫氧化鈉；
（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，生產效率很低．懸濁液中含有氫氧化鈣較多，得到的輕質碳酸鈣多；
（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：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↑可知將碳酸氫鈣轉化成碳酸鈣可以采用微熱的方法；
（6）①為增大反應物的接觸面積，加快反應速率，讓反應物充分反應，可將產品研成粉末；
②根據流程圖裝置分析，要通過測定生成的二氧化碳的質量計算碳酸鈣的含量，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入F裝置；
③若沒有E裝置，生成的二氧化碳氣體中含有水分而使二氧化碳的質量增大，則測定的CaCO₃的質量分數(shù)會偏大．
稱量F的質量，得前后兩次質量差為8.7g，故生成的二氧化碳的質量為8.7g
設碳酸鈣的質量為x
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                   44
x                    8.7g
$\frac{100}{x}$=$\frac{44}{8.7g}$
  x=19.77g
故碳酸鈣的質量分數(shù)為：$\frac{19.77g}{20g}$×100%=98.86%；
【總結反思】利用碳酸鈣與鹽酸反應生成氯化鈣、水和二氧化碳，通過所設計的方案測量完全反應產生氣體二氧化碳的質量，然后根據反應的化學方程式計算參加反應碳酸鈣的質量，求得牙膏中碳酸鈣的質量分數(shù)；二氧化碳能溶于水，而會使測得的二氧化碳體積偏�。�
故答案為：（1）CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaO+CO₂↑，Ca（OH）₂+Na₂CO₃=CaCO₃↓+2NaOH，過濾，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，生產效率很低；
（4）微熱；
（5）①增大接觸面積，充分反應；
②除去空氣中的二氧化碳，防止空氣中的二氧化碳進入F裝置；
③偏大，98.86%；
【總結反思】二氧化碳能溶于水．

點評 本題考查了碳酸鈣、氧化鈣和氫氧化鈣的相互轉化以及化學方程式的書寫、根據化學方程式計算、判斷物質的組成等方面的問題．