用酸溶法测定市售碳酸钙纯度的实验探究

田长明

摘要：从一道试题入手，对大理石中碳酸钙含量的测定进行了探究，就如何减少误差、提高精度提出了酸溶法测定碳酸钙纯度的方案。定量型实验的探究有利于学生理解化学学科的特点，通过科学探究，培养创新精神，形成科学态度。

关键词：碳酸钙；纯度测定；酸溶法；实验改进和探究

文章编号：1005–6629（2014）9–0062–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

有一次笔者无意中看到了一道关于测定某石灰石样品中碳酸钙质量分数的试题，觉得这道试题有一定的研究价值。原题如下：

化学兴趣小组测定某石灰石样品中碳酸钙的质量分数，其方法是：将样品与盐酸反应，测定反应后生成的CO2质量，再根据CO2的质量求出样品中碳酸钙的质量。为测定CO2的质量，他们想出了以下A、B、C三种方案，填空帮助他们完成设计方案：

A.可称量反应前后物质总质量的减小量。

B.可称量吸收CO2前后盛有氢氧化钠溶液容器质量的增大量。

C.选用下图 装置可测量产生的CO2的 ，再利用此时CO2的 ，可计算CO2的质量。图中瓶内水面上油层的作用是 。[1]

三种方案测定石灰石样品中碳酸钙的质量分数，孰优孰劣？笔者分别做了相应的实验进行论证。

1 实验的论证

1.1 方案A的实验设计

[实验用品]碳酸钙（分析纯，98%）、稀盐酸（1：3）、500 mL烧杯、100 mL量筒、电子天平（精确到0.01g）、药匙

[实验装置]

[实验步骤]

（1）用电子天平称10.00g碳酸钙样品，并将其倒入一干燥洁净的500 mL烧杯中；

（2）用100 mL量筒量取稀盐酸（1：3）约100 mL，称得烧杯（含碳酸钙样品）、量筒（含稀盐酸）的总质量；

（3）将稀盐酸倒入烧杯中使之与碳酸钙反应；

（4）待反应结束后，称量反应后体系的总质量；

（5）重复上述实验3次；

（6）数据处理。

[实验数据]

1.2 方案B的实验设计

[实验用品]碳酸钙（分析纯，98%）、稀盐酸（1：3）、20%的氢氧化钠溶液、锥形瓶、橡皮塞、导管、500 mL烧杯、电子天平（精确到0.01g）、药匙

[实验装置]

[实验步骤]

（1）按图连接好装置；

（2）用电子天平称0.40g碳酸钙样品，并将其倒入锥形瓶中；

（3）在分液漏斗中加入稀盐酸（1：3）；

（4）在广口瓶加入200 mL左右的水和一些植物油；

（5）打开分液漏斗的旋塞，将稀盐酸加入锥形瓶中使之与碳酸钙样品反应；

（6）待反应结束后，读取量筒中的水的体积；

（7）重复上述实验3次；

（8）数据处理。

[实验数据]

室温 10℃ 。

通过上述实验，我们不难看出方案A误差最小，方案B误差最大。通过数据可以看出，用方案B和方案C来测定石灰石样品中碳酸钙质量分数事实上很不合理。

方案B造成误差的主要原因是CO2和碱反应需要一定的时间，实验过程中会看到有大量的气泡从浓的氢氧化钠溶液中冒出，说明CO2不能被碱液充分吸收。

方案C造成误差的主要原因是滴加盐酸时，反应体系内压强瞬时增大，可能会有二氧化碳气体从分液漏斗中逸出，另外导管中也会有水不能全部进入量筒等。

方案A也有一定的误差，造成误差的原因可能是装置内的二氧化碳密度大于空气，不会完全从装置中逸出，导致结果偏小。

验证实验：用碳酸钙样品和稀盐酸（1：3）反应，用一根燃着的木条伸近反应容器，木条在容器口熄灭。

通过验证实验，我们可以得出结论：造成实验误差的主要原因是反应结束后装置内的二氧化碳没有完全从装置中逸出。如何减少误差呢？我们可以对实验进行改进。

2 实验的改进

2.1 改进实验1

[实验用品]碳酸钙样品（分析纯，98%）、稀盐酸（1：4）、氯化钙、80 mL锥形瓶、针筒、干燥管、单孔橡皮塞、电子天平（精确到0.01g）、药匙

[实验装置]

[实验步骤]

（1）按图组装好装置，量出锥形瓶的体积V1；记录环境温度5℃；

（2）在针筒中吸入体积V2的稀盐酸，在干燥管中加入适量氯化钙固体，称量装置和盐酸的总质量m1；

（3）取下橡皮塞，在锥形瓶中加入样品，称量装置、盐酸和样品的总质量m2；

（4）塞紧橡皮塞，挤压针筒，使样品跟稀盐酸反应，振荡；

（5）反应结束后，称量反应后体系总质量m3；

（6）拆除并清洗装置，重复实验3次；

（7）数据处理。

[实验数据]

室温 5℃ ，盐酸 10 mL 。

补充说明：如何修正CO2质量？

反应前锥形瓶中全部是空气，反应后认为全部是CO2。5℃，80 mL空气的质量为：80 mL×1.27×10-3 g·cm-3=0.102g；5℃，70 mL CO2的质量为：70 mL×1.94×10-3 g·cm-3=0.136g；CO2和空气的质量差为：0.136g-0.102g=0.034g。

此方法相当于向上排空气法收集二氧化碳，最后锥形瓶中的二氧化碳不可能是100%，修正值会有误差，会使结果偏高。

2.2 改进实验2

[实验用品]碳酸钙样品（分析纯，98%）、稀盐酸（1：3）、电子天平（精确到0.01g）、100 mL量筒、250 mL广口瓶、干燥管、分液漏斗、注射器、导管、橡皮管、止水夹、橡皮塞

[实验装置]

[实验步骤]

（1）在广口瓶（250 mL）中加入10.00g碳酸钙；

（2）用量筒量取约100 mL稀盐酸（1：3）；

（3）称整个反应体系的总质量；

（4）滴加盐酸，至反应完全；

（5）用注射器向装置内打气，称量反应后整个反应体系的质量；

（6）再用注射器向装置内打气，再称量反应后整个反应体系的质量，直至质量不再改变为止；

（7）重复实验3次；

（8）数据处理。

[实验数据]

改进实验2的方案比较好，一方面操作比较简单，误差也比较小。另一方面，在操作过程中，通过注射器不断向装置内打气，然后称重。开始时我们可以看到反应体系的总质量在不断改变，从而也说明了反应装置内二氧化碳没有完全排尽对测量结果的影响。

“学习和运用化学实验技能和科学探究方法，离不开实验活动”[2]。当今的中学基础学科教学中盲目追求升学率的倾向使重知识轻能力的现象日益严重。在化学教学方面我们部分教育工作者一味地追求学生对教材理论知识的掌握而忽略了化学学科以实验为基础的特点，从而造成理论与实践的严重脱节。本文用酸溶法测定市售碳酸钙纯度的定量型实验探究有利于学生理解化学科学的特点，培养学生的创新精神和科学态度。

参考文献：

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

[2]中华人民共和国教育部制定.义务教育化学课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2011：12.

摘要：从一道试题入手，对大理石中碳酸钙含量的测定进行了探究，就如何减少误差、提高精度提出了酸溶法测定碳酸钙纯度的方案。定量型实验的探究有利于学生理解化学学科的特点，通过科学探究，培养创新精神，形成科学态度。

关键词：碳酸钙；纯度测定；酸溶法；实验改进和探究

文章编号：1005–6629（2014）9–0062–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

有一次笔者无意中看到了一道关于测定某石灰石样品中碳酸钙质量分数的试题，觉得这道试题有一定的研究价值。原题如下：

化学兴趣小组测定某石灰石样品中碳酸钙的质量分数，其方法是：将样品与盐酸反应，测定反应后生成的CO2质量，再根据CO2的质量求出样品中碳酸钙的质量。为测定CO2的质量，他们想出了以下A、B、C三种方案，填空帮助他们完成设计方案：

A.可称量反应前后物质总质量的减小量。

B.可称量吸收CO2前后盛有氢氧化钠溶液容器质量的增大量。

C.选用下图 装置可测量产生的CO2的 ，再利用此时CO2的 ，可计算CO2的质量。图中瓶内水面上油层的作用是 。[1]

三种方案测定石灰石样品中碳酸钙的质量分数，孰优孰劣？笔者分别做了相应的实验进行论证。

1 实验的论证

1.1 方案A的实验设计

[实验用品]碳酸钙（分析纯，98%）、稀盐酸（1：3）、500 mL烧杯、100 mL量筒、电子天平（精确到0.01g）、药匙

[实验装置]

[实验步骤]

（1）用电子天平称10.00g碳酸钙样品，并将其倒入一干燥洁净的500 mL烧杯中；

（2）用100 mL量筒量取稀盐酸（1：3）约100 mL，称得烧杯（含碳酸钙样品）、量筒（含稀盐酸）的总质量；

（3）将稀盐酸倒入烧杯中使之与碳酸钙反应；

（4）待反应结束后，称量反应后体系的总质量；

（5）重复上述实验3次；

（6）数据处理。

[实验数据]

1.2 方案B的实验设计

[实验用品]碳酸钙（分析纯，98%）、稀盐酸（1：3）、20%的氢氧化钠溶液、锥形瓶、橡皮塞、导管、500 mL烧杯、电子天平（精确到0.01g）、药匙

[实验装置]

[实验步骤]

（1）按图连接好装置；

（2）用电子天平称0.40g碳酸钙样品，并将其倒入锥形瓶中；

（3）在分液漏斗中加入稀盐酸（1：3）；

（4）在广口瓶加入200 mL左右的水和一些植物油；

（5）打开分液漏斗的旋塞，将稀盐酸加入锥形瓶中使之与碳酸钙样品反应；

（6）待反应结束后，读取量筒中的水的体积；

（7）重复上述实验3次；

（8）数据处理。

[实验数据]

室温 10℃ 。

通过上述实验，我们不难看出方案A误差最小，方案B误差最大。通过数据可以看出，用方案B和方案C来测定石灰石样品中碳酸钙质量分数事实上很不合理。

方案B造成误差的主要原因是CO2和碱反应需要一定的时间，实验过程中会看到有大量的气泡从浓的氢氧化钠溶液中冒出，说明CO2不能被碱液充分吸收。

方案C造成误差的主要原因是滴加盐酸时，反应体系内压强瞬时增大，可能会有二氧化碳气体从分液漏斗中逸出，另外导管中也会有水不能全部进入量筒等。

方案A也有一定的误差，造成误差的原因可能是装置内的二氧化碳密度大于空气，不会完全从装置中逸出，导致结果偏小。

验证实验：用碳酸钙样品和稀盐酸（1：3）反应，用一根燃着的木条伸近反应容器，木条在容器口熄灭。

通过验证实验，我们可以得出结论：造成实验误差的主要原因是反应结束后装置内的二氧化碳没有完全从装置中逸出。如何减少误差呢？我们可以对实验进行改进。

2 实验的改进

2.1 改进实验1

[实验用品]碳酸钙样品（分析纯，98%）、稀盐酸（1：4）、氯化钙、80 mL锥形瓶、针筒、干燥管、单孔橡皮塞、电子天平（精确到0.01g）、药匙

[实验装置]

[实验步骤]

（1）按图组装好装置，量出锥形瓶的体积V1；记录环境温度5℃；

（2）在针筒中吸入体积V2的稀盐酸，在干燥管中加入适量氯化钙固体，称量装置和盐酸的总质量m1；

（3）取下橡皮塞，在锥形瓶中加入样品，称量装置、盐酸和样品的总质量m2；

（4）塞紧橡皮塞，挤压针筒，使样品跟稀盐酸反应，振荡；

（5）反应结束后，称量反应后体系总质量m3；

（6）拆除并清洗装置，重复实验3次；

（7）数据处理。

[实验数据]

室温 5℃ ，盐酸 10 mL 。

补充说明：如何修正CO2质量？

反应前锥形瓶中全部是空气，反应后认为全部是CO2。5℃，80 mL空气的质量为：80 mL×1.27×10-3 g·cm-3=0.102g；5℃，70 mL CO2的质量为：70 mL×1.94×10-3 g·cm-3=0.136g；CO2和空气的质量差为：0.136g-0.102g=0.034g。

此方法相当于向上排空气法收集二氧化碳，最后锥形瓶中的二氧化碳不可能是100%，修正值会有误差，会使结果偏高。

2.2 改进实验2

[实验用品]碳酸钙样品（分析纯，98%）、稀盐酸（1：3）、电子天平（精确到0.01g）、100 mL量筒、250 mL广口瓶、干燥管、分液漏斗、注射器、导管、橡皮管、止水夹、橡皮塞

[实验装置]

[实验步骤]

（1）在广口瓶（250 mL）中加入10.00g碳酸钙；

（2）用量筒量取约100 mL稀盐酸（1：3）；

（3）称整个反应体系的总质量；

（4）滴加盐酸，至反应完全；

（5）用注射器向装置内打气，称量反应后整个反应体系的质量；

（6）再用注射器向装置内打气，再称量反应后整个反应体系的质量，直至质量不再改变为止；

（7）重复实验3次；

（8）数据处理。

[实验数据]

改进实验2的方案比较好，一方面操作比较简单，误差也比较小。另一方面，在操作过程中，通过注射器不断向装置内打气，然后称重。开始时我们可以看到反应体系的总质量在不断改变，从而也说明了反应装置内二氧化碳没有完全排尽对测量结果的影响。

“学习和运用化学实验技能和科学探究方法，离不开实验活动”[2]。当今的中学基础学科教学中盲目追求升学率的倾向使重知识轻能力的现象日益严重。在化学教学方面我们部分教育工作者一味地追求学生对教材理论知识的掌握而忽略了化学学科以实验为基础的特点，从而造成理论与实践的严重脱节。本文用酸溶法测定市售碳酸钙纯度的定量型实验探究有利于学生理解化学科学的特点，培养学生的创新精神和科学态度。

参考文献：

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

[2]中华人民共和国教育部制定.义务教育化学课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2011：12.

摘要：从一道试题入手，对大理石中碳酸钙含量的测定进行了探究，就如何减少误差、提高精度提出了酸溶法测定碳酸钙纯度的方案。定量型实验的探究有利于学生理解化学学科的特点，通过科学探究，培养创新精神，形成科学态度。

关键词：碳酸钙；纯度测定；酸溶法；实验改进和探究

文章编号：1005–6629（2014）9–0062–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

有一次笔者无意中看到了一道关于测定某石灰石样品中碳酸钙质量分数的试题，觉得这道试题有一定的研究价值。原题如下：

化学兴趣小组测定某石灰石样品中碳酸钙的质量分数，其方法是：将样品与盐酸反应，测定反应后生成的CO2质量，再根据CO2的质量求出样品中碳酸钙的质量。为测定CO2的质量，他们想出了以下A、B、C三种方案，填空帮助他们完成设计方案：

A.可称量反应前后物质总质量的减小量。

B.可称量吸收CO2前后盛有氢氧化钠溶液容器质量的增大量。

C.选用下图 装置可测量产生的CO2的 ，再利用此时CO2的 ，可计算CO2的质量。图中瓶内水面上油层的作用是 。[1]

三种方案测定石灰石样品中碳酸钙的质量分数，孰优孰劣？笔者分别做了相应的实验进行论证。

1 实验的论证

1.1 方案A的实验设计

[实验用品]碳酸钙（分析纯，98%）、稀盐酸（1：3）、500 mL烧杯、100 mL量筒、电子天平（精确到0.01g）、药匙

[实验装置]

[实验步骤]

（1）用电子天平称10.00g碳酸钙样品，并将其倒入一干燥洁净的500 mL烧杯中；

（2）用100 mL量筒量取稀盐酸（1：3）约100 mL，称得烧杯（含碳酸钙样品）、量筒（含稀盐酸）的总质量；

（3）将稀盐酸倒入烧杯中使之与碳酸钙反应；

（4）待反应结束后，称量反应后体系的总质量；

（5）重复上述实验3次；

（6）数据处理。

[实验数据]

1.2 方案B的实验设计

[实验用品]碳酸钙（分析纯，98%）、稀盐酸（1：3）、20%的氢氧化钠溶液、锥形瓶、橡皮塞、导管、500 mL烧杯、电子天平（精确到0.01g）、药匙

[实验装置]

[实验步骤]

（1）按图连接好装置；

（2）用电子天平称0.40g碳酸钙样品，并将其倒入锥形瓶中；

（3）在分液漏斗中加入稀盐酸（1：3）；

（4）在广口瓶加入200 mL左右的水和一些植物油；

（5）打开分液漏斗的旋塞，将稀盐酸加入锥形瓶中使之与碳酸钙样品反应；

（6）待反应结束后，读取量筒中的水的体积；

（7）重复上述实验3次；

（8）数据处理。

[实验数据]

室温 10℃ 。

通过上述实验，我们不难看出方案A误差最小，方案B误差最大。通过数据可以看出，用方案B和方案C来测定石灰石样品中碳酸钙质量分数事实上很不合理。

方案B造成误差的主要原因是CO2和碱反应需要一定的时间，实验过程中会看到有大量的气泡从浓的氢氧化钠溶液中冒出，说明CO2不能被碱液充分吸收。

方案C造成误差的主要原因是滴加盐酸时，反应体系内压强瞬时增大，可能会有二氧化碳气体从分液漏斗中逸出，另外导管中也会有水不能全部进入量筒等。

方案A也有一定的误差，造成误差的原因可能是装置内的二氧化碳密度大于空气，不会完全从装置中逸出，导致结果偏小。

验证实验：用碳酸钙样品和稀盐酸（1：3）反应，用一根燃着的木条伸近反应容器，木条在容器口熄灭。

通过验证实验，我们可以得出结论：造成实验误差的主要原因是反应结束后装置内的二氧化碳没有完全从装置中逸出。如何减少误差呢？我们可以对实验进行改进。

2 实验的改进

2.1 改进实验1

[实验用品]碳酸钙样品（分析纯，98%）、稀盐酸（1：4）、氯化钙、80 mL锥形瓶、针筒、干燥管、单孔橡皮塞、电子天平（精确到0.01g）、药匙

[实验装置]

[实验步骤]

（1）按图组装好装置，量出锥形瓶的体积V1；记录环境温度5℃；

（2）在针筒中吸入体积V2的稀盐酸，在干燥管中加入适量氯化钙固体，称量装置和盐酸的总质量m1；

（3）取下橡皮塞，在锥形瓶中加入样品，称量装置、盐酸和样品的总质量m2；

（4）塞紧橡皮塞，挤压针筒，使样品跟稀盐酸反应，振荡；

（5）反应结束后，称量反应后体系总质量m3；

（6）拆除并清洗装置，重复实验3次；

（7）数据处理。

[实验数据]

室温 5℃ ，盐酸 10 mL 。

补充说明：如何修正CO2质量？

反应前锥形瓶中全部是空气，反应后认为全部是CO2。5℃，80 mL空气的质量为：80 mL×1.27×10-3 g·cm-3=0.102g；5℃，70 mL CO2的质量为：70 mL×1.94×10-3 g·cm-3=0.136g；CO2和空气的质量差为：0.136g-0.102g=0.034g。

此方法相当于向上排空气法收集二氧化碳，最后锥形瓶中的二氧化碳不可能是100%，修正值会有误差，会使结果偏高。

2.2 改进实验2

[实验用品]碳酸钙样品（分析纯，98%）、稀盐酸（1：3）、电子天平（精确到0.01g）、100 mL量筒、250 mL广口瓶、干燥管、分液漏斗、注射器、导管、橡皮管、止水夹、橡皮塞

[实验装置]

[实验步骤]

（1）在广口瓶（250 mL）中加入10.00g碳酸钙；

（2）用量筒量取约100 mL稀盐酸（1：3）；

（3）称整个反应体系的总质量；

（4）滴加盐酸，至反应完全；

（5）用注射器向装置内打气，称量反应后整个反应体系的质量；

（6）再用注射器向装置内打气，再称量反应后整个反应体系的质量，直至质量不再改变为止；

（7）重复实验3次；

（8）数据处理。

[实验数据]

改进实验2的方案比较好，一方面操作比较简单，误差也比较小。另一方面，在操作过程中，通过注射器不断向装置内打气，然后称重。开始时我们可以看到反应体系的总质量在不断改变，从而也说明了反应装置内二氧化碳没有完全排尽对测量结果的影响。

“学习和运用化学实验技能和科学探究方法，离不开实验活动”[2]。当今的中学基础学科教学中盲目追求升学率的倾向使重知识轻能力的现象日益严重。在化学教学方面我们部分教育工作者一味地追求学生对教材理论知识的掌握而忽略了化学学科以实验为基础的特点，从而造成理论与实践的严重脱节。本文用酸溶法测定市售碳酸钙纯度的定量型实验探究有利于学生理解化学科学的特点，培养学生的创新精神和科学态度。

参考文献：

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

[2]中华人民共和国教育部制定.义务教育化学课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2011：12.