Question

南京某中学学习小组考察过溶洞后，为溶洞中形态各异的石笋和钟乳石而惊叹，决定设计和实施简单的实验--模拟溶洞的“形成”．从教材上查得如下资料：
溶洞都分布在石灰岩组成的山地中，石灰岩的主要成分是碳酸钙，当遇到溶有二氧化碳的水时，会反应生成溶解性较大的碳酸氢钙：CaCO₃+CO₂+H₂O=Ca（HCO₃）₂
溶有碳酸氢钙的水遇热或当压强突然变小时，溶解在水里的碳酸氢钙就会分解，重新生成碳酸钙沉积下来，同时放出二氧化碳：Ca（HCO₃）₂=CaCO₃+CO₂↑+H₂O
洞顶的水在慢慢向下渗透时，水中的碳酸氢钙发生上述反应，有的沉积在洞顶，有的沉积在洞底，日积月累，洞顶的形成钟乳石，洞底的形成石笋，当钟乳石与石笋相连时就形成石柱
（1）他们设计并完成了模拟溶洞“形成”的实验．其实验过程如右图，试回答：
实现转化①需要通人足量的气体A，A的化学式是

 

；B溶液中溶质的化学式是

 

；实现转化②，通常采用的基本操作方法是

 

．

（2）他们用采集的石灰岩样品进行相关实验．将采集到的样品用水冲洗后晾干，称取20.00g样品平均分成两份，分别与足量相同质量分数的稀盐酸反应进行下列测定（如图1），经数据处理得到释放出二氧化碳的质量与反应时间的关系图（如图2）．
①图l所示实验中数据记录纸上应该连续记录的实验数据是

 

 和

 

．
②由图2中曲线可以看出，固体物质与液体物质反应，当其他条件相同时，接触面积越

 

，其反应速率越

 

．
③试求样品中碳酸钙的质量分数（假设其他杂质不参加反应，不考虑水、氯化氢逸出）．

Answer 1

分析：（1）由图示的现象和提供的信息，根据碳酸钙和碳酸氢钙的转化方法解答．
（2）①结合题干、图1和图2中的量，可以得到本小题的答案．
②由图2中的图象对比可以得出本小题的答案．
③由石灰石的质量和图2中所示的二氧化碳的质量，根据碳酸钙与稀盐酸反应的化学方程式可以计算出样品中碳酸钙的质量分数．

解答：解：（1）由图中不溶性的碳酸钙经转化①变成可溶性的，结合题干中的信息“石灰岩的主要成分是碳酸钙，当遇到溶有二氧化碳的水时，会反应生成溶解性较大的碳酸氢钙：CaCO₃+CO₂+H₂O═Ca（HCO₃）₂”可知气体A是二氧化碳，其化学式为CO₂；B中的溶质是碳酸氢钙，其化学式为Ca（HCO₃）₂．
由图中可溶性的碳酸氢钙经转化②变成不溶性的碳酸钙，结合题干中提供的信息“溶有碳酸氢钙的水遇热或当压强突然变小时，溶解在水里的碳酸氢钙就会分解，重新生成碳酸钙沉积下来，同时放出二氧化碳：Ca（HCO₃）₂═CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O”可知能实现这一转化的方法有加热或减压，两方法中加热是通常采用的基本操作方法．
（2）①结合图2所示的两个量可知图1中实验中数据记录纸上应该连续记录的实验数据是电子天平示数和计时器示数；
②由图2所示的图象可知：在反应结束前某一温度时，粉末状的石灰岩产生的二氧化碳多，是由于粉末状的石灰岩与稀盐酸的接触面积大，因此反应速率快；块状的石灰岩产生的二氧化碳少，是由于块状的石灰岩与稀盐酸的接触面积小，因此反应速率慢．
③设每份样品中CaCO₃的质量为x．
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                   44
 x                   3.30g

100

44

=

x

3.3g

x=7.50g
样品中碳酸钙的质量分数为

7.50g

20g÷2

×100%=75.0%
故答案为：
（1）CO₂，Ca（HCO₃）₂，加热；
（2）①电子天平示数；计时器示数（答案不分先后顺序）；
②大，越快；
③样品中碳酸钙的质量分数为75.0%．

点评：本题主要考查分析和应用信息解答实际问题的能力、影响反应速率的因素和有关化学方程式的计算，要结合物质的性质和反应规律进行综合分析．