用酸溶法測定市售碳酸鈣純度的實驗探究

田長明

摘要：從一道試題入手，對大理石中碳酸鈣含量的測定進行了探究，就如何減少誤差、提高精度提出了酸溶法測定碳酸鈣純度的方案。定量型實驗的探究有利于學生理解化學學科的特點，通過科學探究，培養創新精神，形成科學態度。

關鍵詞：碳酸鈣；純度測定；酸溶法；實驗改進和探究

文章編號：1005–6629（2014）9–0062–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

有一次筆者無意中看到了一道關于測定某石灰石樣品中碳酸鈣質量分數的試題，覺得這道試題有一定的研究價值。原題如下：

化學興趣小組測定某石灰石樣品中碳酸鈣的質量分數，其方法是：將樣品與鹽酸反應，測定反應后生成的CO2質量，再根據CO2的質量求出樣品中碳酸鈣的質量。為測定CO2的質量，他們想出了以下A、B、C三種方案，填空幫助他們完成設計方案：

A.可稱量反應前后物質總質量的減小量。

B.可稱量吸收CO2前后盛有氫氧化鈉溶液容器質量的增大量。

C.選用下圖 裝置可測量產生的CO2的 ，再利用此時CO2的 ，可計算CO2的質量。圖中瓶內水面上油層的作用是 。[1]

三種方案測定石灰石樣品中碳酸鈣的質量分數，孰優孰劣？筆者分別做了相應的實驗進行論證。

1 實驗的論證

1.1 方案A的實驗設計

[實驗用品]碳酸鈣（分析純，98%）、稀鹽酸（1：3）、500 mL燒杯、100 mL量筒、電子天平（精確到0.01g）、藥匙

[實驗裝置]

[實驗步驟]

（1）用電子天平稱10.00g碳酸鈣樣品，并將其倒入一干燥潔凈的500 mL燒杯中；

（2）用100 mL量筒量取稀鹽酸（1：3）約100 mL，稱得燒杯（含碳酸鈣樣品）、量筒（含稀鹽酸）的總質量；

（3）將稀鹽酸倒入燒杯中使之與碳酸鈣反應；

（4）待反應結束后，稱量反應后體系的總質量；

（5）重復上述實驗3次；

（6）數據處理。

[實驗數據]

1.2 方案B的實驗設計

[實驗用品]碳酸鈣（分析純，98%）、稀鹽酸（1：3）、20%的氫氧化鈉溶液、錐形瓶、橡皮塞、導管、500 mL燒杯、電子天平（精確到0.01g）、藥匙

[實驗裝置]

[實驗步驟]

（1）按圖連接好裝置；

（2）用電子天平稱0.40g碳酸鈣樣品，并將其倒入錐形瓶中；

（3）在分液漏斗中加入稀鹽酸（1：3）；

（4）在廣口瓶加入200 mL左右的水和一些植物油；

（5）打開分液漏斗的旋塞，將稀鹽酸加入錐形瓶中使之與碳酸鈣樣品反應；

（6）待反應結束后，讀取量筒中的水的體積；

（7）重復上述實驗3次；

（8）數據處理。

[實驗數據]

室溫 10℃ 。

通過上述實驗，我們不難看出方案A誤差最小，方案B誤差最大。通過數據可以看出，用方案B和方案C來測定石灰石樣品中碳酸鈣質量分數事實上很不合理。

方案B造成誤差的主要原因是CO2和堿反應需要一定的時間，實驗過程中會看到有大量的氣泡從濃的氫氧化鈉溶液中冒出，說明CO2不能被堿液充分吸收。

方案C造成誤差的主要原因是滴加鹽酸時，反應體系內壓強瞬時增大，可能會有二氧化碳氣體從分液漏斗中逸出，另外導管中也會有水不能全部進入量筒等。

方案A也有一定的誤差，造成誤差的原因可能是裝置內的二氧化碳密度大于空氣，不會完全從裝置中逸出，導致結果偏小。

驗證實驗：用碳酸鈣樣品和稀鹽酸（1：3）反應，用一根燃著的木條伸近反應容器，木條在容器口熄滅。

通過驗證實驗，我們可以得出結論：造成實驗誤差的主要原因是反應結束后裝置內的二氧化碳沒有完全從裝置中逸出。如何減少誤差呢？我們可以對實驗進行改進。

2 實驗的改進

2.1 改進實驗1

[實驗用品]碳酸鈣樣品（分析純，98%）、稀鹽酸（1：4）、氯化鈣、80 mL錐形瓶、針筒、干燥管、單孔橡皮塞、電子天平（精確到0.01g）、藥匙

[實驗裝置]

[實驗步驟]

（1）按圖組裝好裝置，量出錐形瓶的體積V1；記錄環境溫度5℃；

（2）在針筒中吸入體積V2的稀鹽酸，在干燥管中加入適量氯化鈣固體，稱量裝置和鹽酸的總質量m1；

（3）取下橡皮塞，在錐形瓶中加入樣品，稱量裝置、鹽酸和樣品的總質量m2；

（4）塞緊橡皮塞，擠壓針筒，使樣品跟稀鹽酸反應，振蕩；

（5）反應結束后，稱量反應后體系總質量m3；

（6）拆除并清洗裝置，重復實驗3次；

（7）數據處理。

[實驗數據]

室溫 5℃ ，鹽酸 10 mL 。

補充說明：如何修正CO2質量？

反應前錐形瓶中全部是空氣，反應后認為全部是CO2。5℃，80 mL空氣的質量為：80 mL×1.27×10-3 g·cm-3=0.102g；5℃，70 mL CO2的質量為：70 mL×1.94×10-3 g·cm-3=0.136g；CO2和空氣的質量差為：0.136g-0.102g=0.034g。

此方法相當于向上排空氣法收集二氧化碳，最后錐形瓶中的二氧化碳不可能是100%，修正值會有誤差，會使結果偏高。

2.2 改進實驗2

[實驗用品]碳酸鈣樣品（分析純，98%）、稀鹽酸（1：3）、電子天平（精確到0.01g）、100 mL量筒、250 mL廣口瓶、干燥管、分液漏斗、注射器、導管、橡皮管、止水夾、橡皮塞

[實驗裝置]

[實驗步驟]

（1）在廣口瓶（250 mL）中加入10.00g碳酸鈣；

（2）用量筒量取約100 mL稀鹽酸（1：3）；

（3）稱整個反應體系的總質量；

（4）滴加鹽酸，至反應完全；

（5）用注射器向裝置內打氣，稱量反應后整個反應體系的質量；

（6）再用注射器向裝置內打氣，再稱量反應后整個反應體系的質量，直至質量不再改變為止；

（7）重復實驗3次；

（8）數據處理。

[實驗數據]

改進實驗2的方案比較好，一方面操作比較簡單，誤差也比較小。另一方面，在操作過程中，通過注射器不斷向裝置內打氣，然后稱重。開始時我們可以看到反應體系的總質量在不斷改變，從而也說明了反應裝置內二氧化碳沒有完全排盡對測量結果的影響。

“學習和運用化學實驗技能和科學探究方法，離不開實驗活動”[2]。當今的中學基礎學科教學中盲目追求升學率的傾向使重知識輕能力的現象日益嚴重。在化學教學方面我們部分教育工作者一味地追求學生對教材理論知識的掌握而忽略了化學學科以實驗為基礎的特點，從而造成理論與實踐的嚴重脫節。本文用酸溶法測定市售碳酸鈣純度的定量型實驗探究有利于學生理解化學科學的特點，培養學生的創新精神和科學態度。

參考文獻：

[1][EB/OL].http：//www.mofangge.com/html/qDetail/05/ c0/201310/ap6xc005159006.html.

[2]中華人民共和國教育部制定.義務教育化學課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2011：12.

摘要：從一道試題入手，對大理石中碳酸鈣含量的測定進行了探究，就如何減少誤差、提高精度提出了酸溶法測定碳酸鈣純度的方案。定量型實驗的探究有利于學生理解化學學科的特點，通過科學探究，培養創新精神，形成科學態度。

關鍵詞：碳酸鈣；純度測定；酸溶法；實驗改進和探究

文章編號：1005–6629（2014）9–0062–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

有一次筆者無意中看到了一道關于測定某石灰石樣品中碳酸鈣質量分數的試題，覺得這道試題有一定的研究價值。原題如下：

化學興趣小組測定某石灰石樣品中碳酸鈣的質量分數，其方法是：將樣品與鹽酸反應，測定反應后生成的CO2質量，再根據CO2的質量求出樣品中碳酸鈣的質量。為測定CO2的質量，他們想出了以下A、B、C三種方案，填空幫助他們完成設計方案：

A.可稱量反應前后物質總質量的減小量。

B.可稱量吸收CO2前后盛有氫氧化鈉溶液容器質量的增大量。

C.選用下圖 裝置可測量產生的CO2的 ，再利用此時CO2的 ，可計算CO2的質量。圖中瓶內水面上油層的作用是 。[1]

三種方案測定石灰石樣品中碳酸鈣的質量分數，孰優孰劣？筆者分別做了相應的實驗進行論證。

1 實驗的論證

1.1 方案A的實驗設計

[實驗用品]碳酸鈣（分析純，98%）、稀鹽酸（1：3）、500 mL燒杯、100 mL量筒、電子天平（精確到0.01g）、藥匙

[實驗裝置]

[實驗步驟]

（1）用電子天平稱10.00g碳酸鈣樣品，并將其倒入一干燥潔凈的500 mL燒杯中；

（2）用100 mL量筒量取稀鹽酸（1：3）約100 mL，稱得燒杯（含碳酸鈣樣品）、量筒（含稀鹽酸）的總質量；

（3）將稀鹽酸倒入燒杯中使之與碳酸鈣反應；

（4）待反應結束后，稱量反應后體系的總質量；

（5）重復上述實驗3次；

（6）數據處理。

[實驗數據]

1.2 方案B的實驗設計

[實驗用品]碳酸鈣（分析純，98%）、稀鹽酸（1：3）、20%的氫氧化鈉溶液、錐形瓶、橡皮塞、導管、500 mL燒杯、電子天平（精確到0.01g）、藥匙

[實驗裝置]

[實驗步驟]

（1）按圖連接好裝置；

（2）用電子天平稱0.40g碳酸鈣樣品，并將其倒入錐形瓶中；

（3）在分液漏斗中加入稀鹽酸（1：3）；

（4）在廣口瓶加入200 mL左右的水和一些植物油；

（5）打開分液漏斗的旋塞，將稀鹽酸加入錐形瓶中使之與碳酸鈣樣品反應；

（6）待反應結束后，讀取量筒中的水的體積；

（7）重復上述實驗3次；

（8）數據處理。

[實驗數據]

室溫 10℃ 。

通過上述實驗，我們不難看出方案A誤差最小，方案B誤差最大。通過數據可以看出，用方案B和方案C來測定石灰石樣品中碳酸鈣質量分數事實上很不合理。

方案B造成誤差的主要原因是CO2和堿反應需要一定的時間，實驗過程中會看到有大量的氣泡從濃的氫氧化鈉溶液中冒出，說明CO2不能被堿液充分吸收。

方案C造成誤差的主要原因是滴加鹽酸時，反應體系內壓強瞬時增大，可能會有二氧化碳氣體從分液漏斗中逸出，另外導管中也會有水不能全部進入量筒等。

方案A也有一定的誤差，造成誤差的原因可能是裝置內的二氧化碳密度大于空氣，不會完全從裝置中逸出，導致結果偏小。

驗證實驗：用碳酸鈣樣品和稀鹽酸（1：3）反應，用一根燃著的木條伸近反應容器，木條在容器口熄滅。

通過驗證實驗，我們可以得出結論：造成實驗誤差的主要原因是反應結束后裝置內的二氧化碳沒有完全從裝置中逸出。如何減少誤差呢？我們可以對實驗進行改進。

2 實驗的改進

2.1 改進實驗1

[實驗用品]碳酸鈣樣品（分析純，98%）、稀鹽酸（1：4）、氯化鈣、80 mL錐形瓶、針筒、干燥管、單孔橡皮塞、電子天平（精確到0.01g）、藥匙

[實驗裝置]

[實驗步驟]

（1）按圖組裝好裝置，量出錐形瓶的體積V1；記錄環境溫度5℃；

（2）在針筒中吸入體積V2的稀鹽酸，在干燥管中加入適量氯化鈣固體，稱量裝置和鹽酸的總質量m1；

（3）取下橡皮塞，在錐形瓶中加入樣品，稱量裝置、鹽酸和樣品的總質量m2；

（4）塞緊橡皮塞，擠壓針筒，使樣品跟稀鹽酸反應，振蕩；

（5）反應結束后，稱量反應后體系總質量m3；

（6）拆除并清洗裝置，重復實驗3次；

（7）數據處理。

[實驗數據]

室溫 5℃ ，鹽酸 10 mL 。

補充說明：如何修正CO2質量？

反應前錐形瓶中全部是空氣，反應后認為全部是CO2。5℃，80 mL空氣的質量為：80 mL×1.27×10-3 g·cm-3=0.102g；5℃，70 mL CO2的質量為：70 mL×1.94×10-3 g·cm-3=0.136g；CO2和空氣的質量差為：0.136g-0.102g=0.034g。

此方法相當于向上排空氣法收集二氧化碳，最后錐形瓶中的二氧化碳不可能是100%，修正值會有誤差，會使結果偏高。

2.2 改進實驗2

[實驗用品]碳酸鈣樣品（分析純，98%）、稀鹽酸（1：3）、電子天平（精確到0.01g）、100 mL量筒、250 mL廣口瓶、干燥管、分液漏斗、注射器、導管、橡皮管、止水夾、橡皮塞

[實驗裝置]

[實驗步驟]

（1）在廣口瓶（250 mL）中加入10.00g碳酸鈣；

（2）用量筒量取約100 mL稀鹽酸（1：3）；

（3）稱整個反應體系的總質量；

（4）滴加鹽酸，至反應完全；

（5）用注射器向裝置內打氣，稱量反應后整個反應體系的質量；

（6）再用注射器向裝置內打氣，再稱量反應后整個反應體系的質量，直至質量不再改變為止；

（7）重復實驗3次；

（8）數據處理。

[實驗數據]

改進實驗2的方案比較好，一方面操作比較簡單，誤差也比較小。另一方面，在操作過程中，通過注射器不斷向裝置內打氣，然后稱重。開始時我們可以看到反應體系的總質量在不斷改變，從而也說明了反應裝置內二氧化碳沒有完全排盡對測量結果的影響。

“學習和運用化學實驗技能和科學探究方法，離不開實驗活動”[2]。當今的中學基礎學科教學中盲目追求升學率的傾向使重知識輕能力的現象日益嚴重。在化學教學方面我們部分教育工作者一味地追求學生對教材理論知識的掌握而忽略了化學學科以實驗為基礎的特點，從而造成理論與實踐的嚴重脫節。本文用酸溶法測定市售碳酸鈣純度的定量型實驗探究有利于學生理解化學科學的特點，培養學生的創新精神和科學態度。

參考文獻：

[1][EB/OL].http：//www.mofangge.com/html/qDetail/05/ c0/201310/ap6xc005159006.html.

[2]中華人民共和國教育部制定.義務教育化學課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2011：12.

摘要：從一道試題入手，對大理石中碳酸鈣含量的測定進行了探究，就如何減少誤差、提高精度提出了酸溶法測定碳酸鈣純度的方案。定量型實驗的探究有利于學生理解化學學科的特點，通過科學探究，培養創新精神，形成科學態度。

關鍵詞：碳酸鈣；純度測定；酸溶法；實驗改進和探究

文章編號：1005–6629（2014）9–0062–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

有一次筆者無意中看到了一道關于測定某石灰石樣品中碳酸鈣質量分數的試題，覺得這道試題有一定的研究價值。原題如下：

化學興趣小組測定某石灰石樣品中碳酸鈣的質量分數，其方法是：將樣品與鹽酸反應，測定反應后生成的CO2質量，再根據CO2的質量求出樣品中碳酸鈣的質量。為測定CO2的質量，他們想出了以下A、B、C三種方案，填空幫助他們完成設計方案：

A.可稱量反應前后物質總質量的減小量。

B.可稱量吸收CO2前后盛有氫氧化鈉溶液容器質量的增大量。

C.選用下圖 裝置可測量產生的CO2的 ，再利用此時CO2的 ，可計算CO2的質量。圖中瓶內水面上油層的作用是 。[1]

三種方案測定石灰石樣品中碳酸鈣的質量分數，孰優孰劣？筆者分別做了相應的實驗進行論證。

1 實驗的論證

1.1 方案A的實驗設計

[實驗用品]碳酸鈣（分析純，98%）、稀鹽酸（1：3）、500 mL燒杯、100 mL量筒、電子天平（精確到0.01g）、藥匙

[實驗裝置]

[實驗步驟]

（1）用電子天平稱10.00g碳酸鈣樣品，并將其倒入一干燥潔凈的500 mL燒杯中；

（2）用100 mL量筒量取稀鹽酸（1：3）約100 mL，稱得燒杯（含碳酸鈣樣品）、量筒（含稀鹽酸）的總質量；

（3）將稀鹽酸倒入燒杯中使之與碳酸鈣反應；

（4）待反應結束后，稱量反應后體系的總質量；

（5）重復上述實驗3次；

（6）數據處理。

[實驗數據]

1.2 方案B的實驗設計

[實驗用品]碳酸鈣（分析純，98%）、稀鹽酸（1：3）、20%的氫氧化鈉溶液、錐形瓶、橡皮塞、導管、500 mL燒杯、電子天平（精確到0.01g）、藥匙

[實驗裝置]

[實驗步驟]

（1）按圖連接好裝置；

（2）用電子天平稱0.40g碳酸鈣樣品，并將其倒入錐形瓶中；

（3）在分液漏斗中加入稀鹽酸（1：3）；

（4）在廣口瓶加入200 mL左右的水和一些植物油；

（5）打開分液漏斗的旋塞，將稀鹽酸加入錐形瓶中使之與碳酸鈣樣品反應；

（6）待反應結束后，讀取量筒中的水的體積；

（7）重復上述實驗3次；

（8）數據處理。

[實驗數據]

室溫 10℃ 。

通過上述實驗，我們不難看出方案A誤差最小，方案B誤差最大。通過數據可以看出，用方案B和方案C來測定石灰石樣品中碳酸鈣質量分數事實上很不合理。

方案B造成誤差的主要原因是CO2和堿反應需要一定的時間，實驗過程中會看到有大量的氣泡從濃的氫氧化鈉溶液中冒出，說明CO2不能被堿液充分吸收。

方案C造成誤差的主要原因是滴加鹽酸時，反應體系內壓強瞬時增大，可能會有二氧化碳氣體從分液漏斗中逸出，另外導管中也會有水不能全部進入量筒等。

方案A也有一定的誤差，造成誤差的原因可能是裝置內的二氧化碳密度大于空氣，不會完全從裝置中逸出，導致結果偏小。

驗證實驗：用碳酸鈣樣品和稀鹽酸（1：3）反應，用一根燃著的木條伸近反應容器，木條在容器口熄滅。

通過驗證實驗，我們可以得出結論：造成實驗誤差的主要原因是反應結束后裝置內的二氧化碳沒有完全從裝置中逸出。如何減少誤差呢？我們可以對實驗進行改進。

2 實驗的改進

2.1 改進實驗1

[實驗用品]碳酸鈣樣品（分析純，98%）、稀鹽酸（1：4）、氯化鈣、80 mL錐形瓶、針筒、干燥管、單孔橡皮塞、電子天平（精確到0.01g）、藥匙

[實驗裝置]

[實驗步驟]

（1）按圖組裝好裝置，量出錐形瓶的體積V1；記錄環境溫度5℃；

（2）在針筒中吸入體積V2的稀鹽酸，在干燥管中加入適量氯化鈣固體，稱量裝置和鹽酸的總質量m1；

（3）取下橡皮塞，在錐形瓶中加入樣品，稱量裝置、鹽酸和樣品的總質量m2；

（4）塞緊橡皮塞，擠壓針筒，使樣品跟稀鹽酸反應，振蕩；

（5）反應結束后，稱量反應后體系總質量m3；

（6）拆除并清洗裝置，重復實驗3次；

（7）數據處理。

[實驗數據]

室溫 5℃ ，鹽酸 10 mL 。

補充說明：如何修正CO2質量？

反應前錐形瓶中全部是空氣，反應后認為全部是CO2。5℃，80 mL空氣的質量為：80 mL×1.27×10-3 g·cm-3=0.102g；5℃，70 mL CO2的質量為：70 mL×1.94×10-3 g·cm-3=0.136g；CO2和空氣的質量差為：0.136g-0.102g=0.034g。

此方法相當于向上排空氣法收集二氧化碳，最后錐形瓶中的二氧化碳不可能是100%，修正值會有誤差，會使結果偏高。

2.2 改進實驗2

[實驗用品]碳酸鈣樣品（分析純，98%）、稀鹽酸（1：3）、電子天平（精確到0.01g）、100 mL量筒、250 mL廣口瓶、干燥管、分液漏斗、注射器、導管、橡皮管、止水夾、橡皮塞

[實驗裝置]

[實驗步驟]

（1）在廣口瓶（250 mL）中加入10.00g碳酸鈣；

（2）用量筒量取約100 mL稀鹽酸（1：3）；

（3）稱整個反應體系的總質量；

（4）滴加鹽酸，至反應完全；

（5）用注射器向裝置內打氣，稱量反應后整個反應體系的質量；

（6）再用注射器向裝置內打氣，再稱量反應后整個反應體系的質量，直至質量不再改變為止；

（7）重復實驗3次；

（8）數據處理。

[實驗數據]

改進實驗2的方案比較好，一方面操作比較簡單，誤差也比較小。另一方面，在操作過程中，通過注射器不斷向裝置內打氣，然后稱重。開始時我們可以看到反應體系的總質量在不斷改變，從而也說明了反應裝置內二氧化碳沒有完全排盡對測量結果的影響。

“學習和運用化學實驗技能和科學探究方法，離不開實驗活動”[2]。當今的中學基礎學科教學中盲目追求升學率的傾向使重知識輕能力的現象日益嚴重。在化學教學方面我們部分教育工作者一味地追求學生對教材理論知識的掌握而忽略了化學學科以實驗為基礎的特點，從而造成理論與實踐的嚴重脫節。本文用酸溶法測定市售碳酸鈣純度的定量型實驗探究有利于學生理解化學科學的特點，培養學生的創新精神和科學態度。

參考文獻：

[1][EB/OL].http：//www.mofangge.com/html/qDetail/05/ c0/201310/ap6xc005159006.html.

[2]中華人民共和國教育部制定.義務教育化學課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2011：12.