Question

牙膏是日常生活中的必需品，它通常由摩擦劑、發(fā)泡劑、粘合劑等組成．摩擦劑是牙膏的主要成分，約占牙膏質量的一半以上．為了測定一種以碳酸鈣為摩擦劑的牙膏中碳酸鈣的含量，同學們根據(jù)碳酸鈣的性質設計了以下三種不同的方案（除碳酸鈣外，這種牙膏中的其它物質不與鹽酸反應生成氣體，且均溶于水）：
方案一：將一定量的牙膏放入水中充分攪拌，然后進行______、洗滌、干燥等操作，稱量出不溶物的質量，再計算出碳酸鈣的質量分數(shù)．
方案二：將一定量的牙膏與過量的鹽酸反應，用圖1所示裝置（裝置的氣密性良好），測量二氧化碳氣體的體積（錐形瓶中液面高度變化忽略不計），利用該條件下二氧化碳的密度，計算二氧化碳的質量，然后根據(jù)化學方程式求出碳酸鈣的質量，再計算出碳酸鈣的質量分數(shù)．
方案三：用圖2所示裝置，將一定量的牙膏與過量的鹽酸反應，測量相關數(shù)據(jù)，推算出二氧化碳氣體的質量，然后根據(jù)化學方程式求出碳酸鈣的質量，再計算出碳酸鈣的質量分數(shù)．

老師對三種方案提供了所需的儀器用品，同學們進行分組實驗．實驗中，同學們操作規(guī)范、計算無誤．
按照要求回答下列問題：
（1）方案一中操作是______，按照方案一進行實驗的同學在規(guī)定時間內沒有來得及完成實驗，請寫出可能的原因______．
（2）碳酸鈣和鹽酸反應的化學方程式是______；方案二中實驗結果偏低，寫出一條可能的原因：______；你的改進方案是：______．
（3）方案三中實驗結果偏高，原因可能是：______．

Answer 1

解：（1）方案一通過溶解然后進行過濾，分離出一定量牙膏中的碳酸鈣而求得碳酸鈣的質量分數(shù)；但由于牙膏的組成中含有發(fā)泡劑、粘合劑等，會使溶解和過濾操作費時費力；
故答案為：過濾；有粘合劑導致溶解慢（或有發(fā)泡劑產(chǎn)生大量泡沫導致過濾時間長）；
（2）方案二欲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(chǎn)生氣體二氧化碳的體積，然后根據(jù)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)；但在設計時沒充分考慮二氧化碳能溶于水，而會使測得的二氧化碳體積偏��；為避免二氧化碳溶于水，可在收集二氧化碳的廣口瓶放入少量植物油，使二氧化碳不能直接與水接觸，減小溶解造成的誤差，或把水改成不能溶解二氧化碳的飽和碳酸氫鈉溶液；
故答案為：CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑；CO₂溶于水；在瓶中加一層油（或將水改成飽和碳酸氫鈉溶液）；
（3）方案三采取直接稱量反應前后的質量來稱出產(chǎn)生二氧化碳的質量，但由于沒有考慮到鹽酸的揮發(fā)或水隨氣體而擴散到空氣中等因素，會誤把揮發(fā)的氯化氫氣體和水當作放出的二氧化碳，導致稱得的二氧化碳質量偏大，所計算的碳酸鈣質量因之偏大則所得質量分數(shù)偏高；
故答案為：H₂O和HCl的揮發(fā)．
分析：（1）方案一采取直接過濾分離出碳酸鈣進行稱量的方法獲得碳酸鈣的質量分數(shù)；但在溶解和過濾時都會出現(xiàn)因牙膏成分復雜而操作起來比較困難的情況；
（2）方案二利用碳酸鈣與鹽酸發(fā)生反應放出二氧化碳，通過測定產(chǎn)生氣體的體積計算參加反應碳酸鈣的質量；但實驗會因二氧化碳溶于水而出現(xiàn)誤差；
（3）方案三敞口進行實驗時，揮發(fā)出的HCl氣體和水都會被記作二氧化碳的質量，導致出現(xiàn)放出二氧化碳質量偏大的誤差．
點評：采取化學變化測定混合物中某組成成分的含量時，對反應中某物質質量的測量將直接影響最終的探究結果．