Question

9．某校學習小組準備探究氣體的測定和數據處理方法．
[提出問題]如何利用石灰石樣品（其成分是CaCO₃和SiO₂，SiO₂不與鹽酸反應）與稀鹽酸反應來測定生成CO₂的質量和體積，并處理數據．
[實驗設計]通過如圖1兩個實驗分別測定CO₂的質量和體積．

[分析與表達]（1）上述兩個實驗中，反應的化學方程式是CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑．
（2）實驗I中，將小燒杯中的稀鹽酸分幾次加多余空入到大燒杯中，并不斷攪拌，判斷石灰石中CaCO₃完全反應的實驗現象是電子天秤讀數不再改變．
（3）實驗II中，先連接好多余空裝置，再檢查裝置氣密性（填操作名稱），然后裝好藥品，最后將10mL稀鹽酸快速推入燒瓶中．若稀鹽酸是緩慢推入的，則可能造成的后果是
燒瓶內氣壓增大，稀鹽酸難以完全推入燒瓶中．
[記錄與處理]（4）已知實驗I反應前的總質量[m（大燒杯+石灰石粉末）+m（小燒杯+稀鹽酸）]，要計算生成CO₂的質量，至少還需要的數據是A．C．
A．m（小燒杯）        B．m（大燒杯）        C．m（大燒杯+反應后剩余物）
（5）實驗II的實驗記錄如表（表中數據在相同溫度、相同壓強條件下測定）：

時間/min	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
注射器讀數/mL	60.0	85.0	88.0	89.0	89.5	89.8	89.9	90.0	90.0	90.0

根據以上實驗過程和數據綜合分析，最終生成CO₂的體積是90.0mL．
[探索與拓展]
（6）為進一步研究該樣品的組成，上述小組同學將100g稀鹽酸分5次加入到35g石灰石樣品中，得到如表部分數據和如圖2圖象．

次     數	第1次	第2次	第3次
加入稀鹽酸的質量/g	20	20	20
剩余固體的質量/g	30	a	20

請計算：①第2次加入鹽酸后，a為25g．
②石灰石樣品中SiO₂的質量為15g．
③所用稀鹽酸中溶質的質量分數．
④10%的CaCl₂溶液可作路面保濕劑多余空．欲將第5次實驗后的溶液配成10%的CaCl₂溶液，可先向此溶液中加入足量的石灰石粉末，完全反應后過濾，這時還需要向濾液中加入水多少克？（假設實驗過程中溶液損失忽略不計）

Answer 1

分析 （1）根據石灰石和鹽酸反應生成氯化鈣、水和二氧化碳進行解答；
（2）根據石灰石和鹽酸反應放出二氧化碳氣體進行解答；
（3）根據制取氣體要先檢查裝置的氣密性進行解答；
（4）根據反應前后物質質量差就是生成二氧化碳的質量進行解答；
（5）根據實驗過程和數據綜合分析；
（6）①由圖表分析，三次參加反應的物質質量相等，由此計算出第二次參加反應的物質質量，再由剩余固體的質量=總質量-參加反應的物質質量可計算出a的值；
②根據題意和圖表分析，可得到樣品中CaCO₃的質量，進而求出SiO₂的質量即可；
③根據碳酸鈣和鹽酸反應會生成二氧化碳，依據二氧化碳的質量，計算參加反應的鹽酸的質量，然后計算質量分數；
④根據由圖可知，每消耗20g鹽酸，會消耗5g碳酸鈣，所以100g鹽酸消耗25g碳酸鈣以及溶液稀釋過程中溶質不變進行解答．

解答 解：（1）石灰石和鹽酸反應生成氯化鈣、水和二氧化碳，反應的化學方程式是CaCO₃+2HCl═CaCl₂+CO₂↑+H₂O；
（2）石灰石和鹽酸反應放出二氧化碳氣體，所以，判斷石灰石中CaCO₃完全反應的實驗現象是最后一次加入稀鹽酸，仍沒有氣泡產生；
（3）制取氣體要先檢查裝置的氣密性；然后裝好藥品，最后將10ml稀鹽酸快速推入燒瓶中．若稀鹽酸是緩慢推入的，則可能造成的后果是燒瓶內氣壓增大，稀鹽酸難以完全推入燒瓶中或儀器連接處脫落；
（4）根據反應前后物質質量差就是生成二氧化碳的質量，已知實驗I反應前的總質量[m（大燒杯+石灰石粉末）+m（小燒杯+稀鹽酸）]，所以要計算生成CO₂的質量，至少還需要的數據是m（小燒杯）和m（大燒杯+反應后剩余物）；
（5）從第8分鐘后氣體的體積不再變化，但原稀鹽酸占有10mL（推入稀鹽酸后仍然會恢復到原壓強），所以第1分鐘生成CO₂的體積是50mL，第2分鐘是75mL，最終生成CO₂的體積是80mL；
（6）①由圖象可知，第四次加入鹽酸后，才得到完全反應，故在反應過程中，第一次充分反應后剩余固體的質量為30g，說明只有35g-30g=5g樣品參與了反應，第三次充分反應后剩余固體的質量為20g，說明共有35g-20g=15g樣品參與了反應，故第二次充分反應時，也只有5g樣品參與了反應，故第2次加入鹽酸后，a為35g-5g×2=25g；故填：25；
②根據圖可知：第4次加入稀鹽酸后，固體物質總共減少的質量=5g×4=20g，故石灰石樣品中SiO₂的質量為15g；
③設20克鹽酸中氯化氫的質量為x．
CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100     73     
 5g     x  
則$\frac{100}{73}$=$\frac{5g}{x}$，解得x=3.65g．
故所用鹽酸的溶質質量分數為：$\frac{3.65g}{20g}$×100%=18.25%；
④由圖可知，每消耗20g鹽酸，會消耗5g碳酸鈣，所以100g鹽酸消耗25g碳酸鈣．
設100g鹽酸反應后生成氯化鈣的質量為x，生成二氧化碳的質量為y．
CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100        111      44
25g        x         y
則$\frac{100}{111}=\frac{25g}{x}$，解得x=27.75g，
則$\frac{100}{44}=\frac{25g}{y}$，解得y=11g．
所得氯化鈣溶液的質量=25g+100g-11g=114g
設加水的質量為z，則$\frac{27.75g}{114g+z}$×100%=10%，解得z=163.5g．
故還需要向濾液中加入水的質量為163.5g．
故答案為：
（1）CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑；（2）電子天秤讀數不再改變；
（3）檢查裝置氣密性；燒瓶內氣壓增大，稀鹽酸難以完全推入燒瓶中或火器連接處脫落；
（4）A．C；（5）90.0；（6）①25； ②15； ③18.25%； ④163.5．

點評 掌握裝置氣密性檢驗一般方法，本題主要考查分析和應用信息解答實際問題的能力，要結合物質的性質和反應規(guī)律進行綜合分析．