Question

12．化学兴趣小组对某品牌牙膏中摩擦剂成分及其含量进行以下探究：
查得资料：该牙膏摩擦剂由碳酸钙、氢氧化铝组成；牙膏中其它成分遇到盐酸时无气体生成．
Ⅰ．摩擦剂中氢氧化铝的定性检验取适量牙膏样品，加水成分搅拌、过滤．
（1）往滤渣中加入过量NaOH溶液，过滤．往（1）所得滤液中先通入过量二氧化碳，再加入过量稀盐酸．观察到的现象是通入CO₂气体有白色沉淀生成，加入盐酸有气体产生，沉淀溶解．
Ⅱ．牙膏样品中碳酸钙的定量测定
利用如图所示装置（图中夹持仪器略去）进行实验，充分反应后，测定C中生成的BaCO₃沉淀质量，以确定碳酸钙的质量分数．
依据实验过程回答下列问题：
（2）实验过程中需持续缓缓通入空气．其作用除了可搅拌B、C中的反应物外，还有：把生成的CO₂气体全部排入C中，使之完全被Ba（OH）₂溶液吸收．
（3）下列各项措施中，不能提高测定准确度的是cd（填标号）．
a．在加入盐酸之前，应排净装置内的CO₂气体
b．滴加盐酸不宜过快
c．在A-B之间增添盛有浓硫酸的洗气装置
d．在B-C之间增添盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气装置
（4）实验中准确称取8.00g样品三份，进行三次测定，测得BaCO₃平均质量为3.94g．则样品中碳酸钙的质量分数为25%．
（5）有人认为不必测定C中生成的BaCO₃质量，只要测定装置C在吸收CO₂前后的质量差，一样可以确定碳酸钙的质量分数．实验证明按此方法测定的结果明显偏高，原因是B中的水蒸气、氯化氢气体等进入装置C中．
（6）将等体积的AlCl₃与NaOH溶液混合，充分反应后，测得混合溶液中含有铝元素质量与是沉淀中含有铝元素质量的2倍，则c（AlCl₃）与c（NaOH）的比值是3：11或者1：1．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）氢氧化铝与NaOH溶液反应生成偏铝酸钠与水；往（1）所得滤液中先通入过量二氧化碳，发生反应AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，再加入过量稀盐酸，Al（OH）₃+3HCl=AlCl₃+3H₂O、HCO₃^-+H⁺=CO₂↑+H₂O；
Ⅱ．（2）实验通过C装置生成的碳酸钡的质量测定二氧化碳的质量，进而计算牙膏中碳酸钙的质量分数．装置中残留部分二氧化碳，不能被完全吸收，导致测定的碳酸钡的质量偏小；
（3）a、在加入盐酸之前，应排净装置内的CO₂气体，防止影响碳酸钡质量的测定；
b、滴加盐酸过快CO₂，CO₂不能完全被吸收，排出装置C；
c、在AB之间增添盛有浓硫酸的洗气装置，吸收水分，不影响CO₂；
d、在BC之间增添盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气装置Ba（OH）₂，可以吸收CO₂中的HCl，而不影响CO₂；
（4）BaCO₃质量为3.94g n（BaCO₃）=0.0200mol，则n（CaCO₃）=0.0200mol，质量为2.00g；
（5）装置B中的水蒸气和氯化氢气体会进入装置C；
（6）将氯化铝溶液和氢氧化钠溶液等体积混合，测得混合溶液中含有铝元素质量与是沉淀中含有铝元素质量的2倍，沉淀为Al（OH）₃，溶液中的铝可能为AlCl₃或NaAlO₂，可分别发生：Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓、Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，结合反应的离子方程式分为两种情况讨论计算．

解答 解：Ⅰ．（1）氢氧化铝与NaOH溶液反应生成偏铝酸钠与水，反应离子方程式为Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O，往（1）所得滤液中先通入过量二氧化碳，发生反应AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，再加入过量稀盐酸，Al（OH）₃+3HCl=AlCl₃+3H₂O，HCO₃^-+H⁺=CO₂↑+H₂O，反应现象是通入CO₂气体有白色沉淀生成；加入盐酸有气体产生，沉淀溶解，
故答案为：通入CO₂气体有白色沉淀生成，加入盐酸有气体产生，沉淀溶解；
Ⅱ．（2）装置中残留部分二氧化碳，不能被完全吸收，导致测定的碳酸钡的质量偏小，持续缓缓通入空气的作用为：把生成的CO₂气体全部排入C中，使之完全被Ba（OH）₂溶液吸收，
故答案为：把生成的CO₂气体全部排入C中，使之完全被Ba（OH）₂溶液吸收；
（3）a、在加入盐酸之前，应排净装置内的CO₂气体，防止影响碳酸钡质量的测定，可以提高测定准确度，故a不符合；
b、滴加盐酸过快CO₂，CO₂来不及被吸收，就排出装置C，滴加盐酸不宜过快，使二氧化碳吸收完全，可以提高测定准确度，故b不符合；
c、在AB之间增添盛有浓硫酸的洗气装置，吸收水分，不影响CO₂，不能提高提高测定准确度，故c符合；
d、在BC之间增添盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气装置Ba（OH）₂，可以吸收CO₂中的HCl，影响CO₂，不能提高测定准确度，故d符合；
故选：cd，
故答案为：cd；
（4）BaCO₃质量为3.94g，则n（BaCO₃）=$\frac{3.94g}{197g/mol}$=0.02mol，则n（CaCO₃）=0.02mol，质量为0.02mol×100g/mol=2g，所以样品中碳酸钙的质量分数为$\frac{2g}{8g}$×100%=25%，
故答案为：25%；
（5）B中的水蒸气、氯化氢气体等进入装置C中，导致测定二氧化碳的质量偏大，测定的碳酸钙的质量偏大，碳酸钙的质量分数偏高．
故答案为：B中的水蒸气、氯化氢气体等进入装置C中．
 （6）设AlCl₃和NaOH的浓度分别为c₁和c₂，相同体积为V，
①若NaOH稍多一些，生成部分NaAlO₂，此时参加反应的AlCl₃的物质的量是c₁Vmol，则完全沉淀消耗NaOH是3c₁Vmol，生成c₁V mol 的Al（OH）₃，又因为混合溶液中含有铝元素质量与是沉淀中含有铝元素质量的2倍，则根据铝守恒，说明有$\frac{2}{3}$的氢氧化铝溶解生成偏铝酸根，剩余$\frac{1}{3}$氢氧化铝沉淀，发生Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O反应，所以根据反应则又消耗了$\frac{2}{3}$c₁Vmol的氢氧化钠，所以一共消耗的NaOH的物质的量为：3c₁V+$\frac{2}{3}$c₁V=$\frac{11}{3}$c₁V=c₂V，所以c₁：c₂=3：11；
②当氯化铝过量时，氢氧化钠不足，生成氢氧化铝白色沉淀发生反应：Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓，设反应掉的铝离子物质的量为x，得到的沉淀物中铝元素的质量是所得溶液中铝元素的质量的0.5倍，则0.5（c₁V-x）=x，所以x=$\frac{1}{3}$c₁V，消耗氢氧化钠3x，即c₁Vmol，所以c₁V=c₂V，所以此时c₁：c₂=1：1，所以原AlCl₃溶液和NaOH溶液物质的量浓度之比可能是3：11或者1：1，
故答案为：3：11或者1：1．

点评 本题考查对实验原理与操作步骤的理解及评价、常用化学用语、化学计算、物质组成的测定等，难度中等，是对所需知识的综合运用，需要学生具有扎实的基础知识与分析问题、解决问题的能力，理解实验原理是解答的关键．