探究牙膏中碳酸鈣的含量

河北省霸州市第八中學(xué) 楊德龍

一、發(fā)現(xiàn)問題

九年級(jí)化學(xué)課外小組的同學(xué)在學(xué)習(xí)了二氧化碳的性質(zhì)及制法后，看到牙膏的成分中含有碳酸鈣，于是他們想用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證牙膏中確實(shí)含有碳酸鈣并測(cè)定碳酸鈣的含量。

二、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

課外小組的同學(xué)把自己的想法告訴了化學(xué)老師，老師覺得他們能用自己學(xué)到的知識(shí)解決發(fā)現(xiàn)的問題非常好，于是組織同學(xué)們分組討論實(shí)驗(yàn)方案。聯(lián)想到學(xué)過的碳酸鈣和稀鹽酸的反應(yīng)及二氧化碳的檢驗(yàn)方法，同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)出了驗(yàn)證牙膏中含有碳酸鈣的實(shí)驗(yàn)方案：取少量牙膏于小燒杯中，加入足量的稀鹽酸，觀察是否有氣泡產(chǎn)生；用另一個(gè)小燒杯罩在上方，一會(huì)兒后倒轉(zhuǎn)上方的小燒杯并倒入澄清的石灰水，觀察石灰水是否變渾濁。這個(gè)方案得到了老師的肯定。

那如何測(cè)定牙膏中碳酸鈣的含量呢？同學(xué)們通過討論得出兩套實(shí)驗(yàn)方案：

方案一：向一定量的牙膏中加入足量的稀鹽酸，把生成的氣體用足量的石灰水吸收，石灰水增重的質(zhì)量就是生成的二氧化碳的質(zhì)量，根據(jù)二氧化碳的質(zhì)量計(jì)算出牙膏中碳酸鈣的質(zhì)量，最后用碳酸鈣的質(zhì)量比上所取牙膏的總質(zhì)量即可計(jì)算得出牙膏中碳酸鈣的含量。

方案二：用一定量的牙膏與足量的稀鹽酸在小燒杯中反應(yīng)，生成的二氧化碳?xì)怏w逸出，只需稱量反應(yīng)前后物質(zhì)的總質(zhì)量，差值就是生成二氧化碳的質(zhì)量，再通過計(jì)算得出牙膏中碳酸鈣的含量。

老師引導(dǎo)同學(xué)們討論把驗(yàn)證牙膏中碳酸鈣的存在與測(cè)定碳酸鈣的含量設(shè)計(jì)成一個(gè)方案，同學(xué)們選擇將操作簡(jiǎn)單的方案二與檢驗(yàn)碳酸鈣的實(shí)驗(yàn)方案合并改進(jìn)為一個(gè)實(shí)驗(yàn)，老師肯定了同學(xué)們的想法。

三、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

在老師的指導(dǎo)下，同學(xué)們按照方案開始實(shí)驗(yàn)：步驟一：用電子天平稱量空燒杯1的質(zhì)量為20.376 g，向其中擠入一定量的牙膏后稱量其質(zhì)量為22.038 g，則牙膏的質(zhì)量為1.662 g；步驟二：用電子天平稱量空燒杯2的質(zhì)量為19.667 g，向其中加入足量的稀鹽酸后稱量其質(zhì)量為35.412 g；步驟三：把兩個(gè)小燒杯都放在電子天平上稱得總質(zhì)量為57.450 g，把稀鹽酸全部倒入盛有牙膏的小燒杯中，觀察現(xiàn)象。

同學(xué)們看到牙膏漂浮在稀鹽酸中，表面有氣泡產(chǎn)生。用一個(gè)空燒杯罩在小燒杯上方一會(huì)兒后，倒轉(zhuǎn)燒杯，倒入澄清的石灰水，振蕩，石灰水變渾濁，證明生成的氣體是二氧化碳，從而驗(yàn)證了牙膏中的確含有碳酸鈣。約20分鐘后，氣泡不再冒出，電子天平顯示的示數(shù)為57.076 g，且不再變化。

步驟四：計(jì)算生成二氧化碳的質(zhì)量為57.450 g-57.076 g=0.374 g，根據(jù)方程式CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑計(jì)算得出牙膏中碳酸鈣的質(zhì)量為0.850 g，則牙膏中碳酸鈣的含量為0.850 g÷1.662 g≈0.511=51.1%。

四、得出結(jié)論

通過此次實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們驗(yàn)證了牙膏中確實(shí)含有碳酸鈣，且不同小組的同學(xué)測(cè)得的碳酸鈣的含量均在51%左右。此外，同學(xué)們還加深了對(duì)實(shí)驗(yàn)室制取及檢驗(yàn)二氧化碳的理解，從定性到定量地認(rèn)識(shí)了探究化學(xué)反應(yīng)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。