Question

7．為測定碳酸鈣的純度（設含雜質SiO₂），某興趣小組的同學設計了如下幾個實驗方案：
方案Ⅰ
①稱取碳酸鈣樣品M g
②用c₁mol/L的鹽酸V₁ mL（過量）溶解樣品
③取溶解后的溶液體積的十分之一，用c₂ mol/L的NaOH溶液滴定，恰用去V₂ mL．
方案Ⅱ
①稱取碳酸鈣樣品M g
②高溫煅燒直至質量不再改變，冷卻后稱量，剩余固體質量為M₁g
方案Ⅲ
①稱取碳酸鈣樣品M g
②加入足量c mol/L的鹽酸V mL使之完全溶解
③過濾并取濾液
④在濾液中加入過量c₁ mol/L的Na₂CO₃溶液V₁ mL
⑤將步驟④中的沉淀濾出、洗滌、干燥、稱重，質量為M₁g．
根據以上實驗方案，回答以下問題：
（1）方案Ⅰ中計算碳酸鈣純度的公式為$\frac{0.1{c}_{1}{V}_{1}-{c}_{2}{V}_{2}}{2M}$×100%．
（2）方案Ⅱ中的“冷卻”應如何操作？應該在干燥器中冷卻；理由是防止生成的CaO與空氣中的CO₂、H₂O反應，造成誤差．
（3）方案Ⅲ中不需要的數(shù)據是AB（填選項編號）．
A．c、V      B．c₁、V₁      C．M₁      D．M
（4）方案Ⅲ中為了減少實驗誤差，必要的操作是C（填選項編號）．
A．精確測定Na₂CO₃溶液的體積V₁ mL
B．精確配制Na₂CO₃溶液，使其濃度為c₁ mol/L
C．將步驟③所得沉淀洗滌，洗滌液并入④中
（5）請再設計一個實驗方案：稱取CaCO₃樣品Mg，加入過量的鹽酸，收集并測定標準狀況下生成的氣體的體積VmL．

Answer 1

分析 （1）碳酸鈣與鹽酸反應后剩余鹽酸的十分之一被氫氧化鈉溶液中和，則與碳酸鈣反應的鹽酸為C₁V₁×10^-3-10C₂V₂×10^-3，則碳酸鈣物質的量為0.5（C₁V₁×10^-3-10C₂V₂×10^-3），據此計算碳酸鈣純度；
（2）因CaO會與空氣發(fā)生反應，所以放在干燥器中冷卻；防止生成的CaO與空氣中的CO₂、H₂O反應，造成誤差；
（3）方案Ⅲ是利用固體質量稱量來計算碳酸鈣的純度，據此分析判斷；
（4）減小誤差主要是鹽酸溶解后的鈣離子全部轉移后沉淀出；
（5）實驗設計可以利用一定質量的固體中加入過量鹽酸充分反應后測定生成二氧化碳氣體在標準狀況下的氣體體積，利用碳元素守恒計算碳酸鈣的純度．

解答 解：（1）碳酸鈣與鹽酸反應后剩余鹽酸的十分之一被氫氧化鈉溶液中和，則與碳酸鈣反應的鹽酸為C₁V₁×10^-3-10C₂V₂×10^-3，則碳酸鈣物質的量為0.5（C₁V₁×10^-3-10C₂V₂×10^-3），所以碳酸鈣純度為$\frac{0.1{c}_{1}{V}_{1}-{c}_{2}{V}_{2}}{2M}$×100%，
故答案為：$\frac{0.1{c}_{1}{V}_{1}-{c}_{2}{V}_{2}}{2M}$×100%；
（2）因CaO會與空氣中的CO₂、H₂O發(fā)生反應，所以放在干燥器中冷卻，防止生成的CaO與空氣中的CO₂、H₂O反應，造成誤差；
故答案為：應該在干燥器中冷卻；防止生成的CaO與空氣中的CO₂、H₂O反應，造成誤差；
（3）加入過量鹽酸，碳酸鈣全部溶解為氯化鈣溶液，加入過量碳酸鈉會沉淀鈣離子為碳酸鈣沉淀，所以最后洗滌干燥得到的沉淀質量即為樣品中碳酸鈣質量，計算得到質量分數(shù)，需要數(shù)據是稱取碳酸鈣樣品 M g，將步驟（4）中的沉淀濾出、洗滌、干燥、稱重為M′g，不需要的數(shù)據是濃度和體積，
故答案為：AB；
（4）為減少實驗誤差，必要的操作是，減小誤差主要是鹽酸溶解后的鈣離子全部轉移后沉淀出；
A．精確測定Na₂CO₃溶液體積V′mL，利用的是沉淀質量，碳酸鈉溶液過量沉淀鈣離子完全即可，故A不符合；
B．精確配制濃度c′mol/L Na₂CO₃溶液，利用的是沉淀質量，碳酸鈉溶液過量沉淀鈣離子完全即可，與碳酸鈉濃度精確度無關，故B不符合；
C．將步驟③所得沉淀洗滌，洗滌液也應并入④中，保證溶解的鈣離子重新全部沉淀出來，故C符合；
故答案為：C；
（5）利用一定質量的固體中加入過量鹽酸充分反應后測定生成二氧化碳氣體在標準狀況下的氣體體積，利用碳元素守恒計算碳酸鈣的純度，具體方案為：稱取CaCO₃樣品M g，加入過量的鹽酸，收集并測定標準狀況下生成的氣體的體積VmL，
故答案為：稱取CaCO₃樣品M g，加入過量的鹽酸，收集并測定標準狀況下生成的氣體的體積VmL．

點評 本題考查了探究碳酸鈣樣品的含量、性質實驗方案的設計與評價，題目難度中等，注意掌握實驗過程中的數(shù)據分析與應用方法，明確評價實驗方案的原則．