ast_essay
106年
化學
第 3 題
📖 題組：
一、王同學與三位同班同學在「探究與實作」課後，想以「氣體的反應物與生成物的定量關係」作為探究的主題。在張老師的指導下，設計一個可操作的實驗。實驗過程如下： (1) 從管理室領取一塊含鈣的白色固體甲，先將其打碎後做一系列的實驗。 (2) 固體甲不溶於水，但溶於稀鹽酸，並產生一種無色氣體乙。 (3) 氣體乙會使澄清的石灰水混濁，產生沉澱丙，繼續通入氣體乙，則溶液的濁度逐漸增高，達最高點後逐漸降低。至此同學們討論並推測固體甲與沉澱丙可能是同一化合物，而且更進一步推測出甲、乙與丙是什麼化合物。不過，對於如何測定氣體與沉澱的量束手無策，於是再請教了張老師。老師借給了同學們氣體計量器與濁度計各一部。四位同學研討了許久，並做了多次預備實驗，終於找出了溶液的濁度與沉澱的質量關係。 (4) 為了研究氣體反應物乙與固體生成物丙的定量關係，取了一個盛裝氣體乙的鋼瓶，在 20℃以及 795mm-Hg 的壓力下，經過氣體計量器，徐徐把氣體乙連續通入 5 升的澄清石灰水 $\text{Ca(OH)}_2$ 中，則見溶液逐漸變渾濁。 (5) 在通入氣體乙的過程中，每通入 20mL 氣體，就測量溶液的濁度 $T$。 (6) 最後將溶液的濁度 $T$ 換算成沉澱丙的質量 $W$，得表 2。 表 2 | 測量序數 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |---|---|---|---|---|---|---|---|---| | 氣體乙的體積 $V$（mL） | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | 160 | | 沉澱丙的質量 $W$（mg） | 87 | 175 | 260 | 350 | 370 | 280 | 190 | 105 | 已知在此實驗的溫度與壓力下，1 mol 的氣體約 23 升，則根據實驗結果回答下列問題。（共 12 分）
一、王同學與三位同班同學在「探究與實作」課後，想以「氣體的反應物與生成物的定量關係」作為探究的主題。在張老師的指導下，設計一個可操作的實驗。實驗過程如下： (1) 從管理室領取一塊含鈣的白色固體甲，先將其打碎後做一系列的實驗。 (2) 固體甲不溶於水，但溶於稀鹽酸，並產生一種無色氣體乙。 (3) 氣體乙會使澄清的石灰水混濁，產生沉澱丙，繼續通入氣體乙，則溶液的濁度逐漸增高，達最高點後逐漸降低。至此同學們討論並推測固體甲與沉澱丙可能是同一化合物，而且更進一步推測出甲、乙與丙是什麼化合物。不過，對於如何測定氣體與沉澱的量束手無策，於是再請教了張老師。老師借給了同學們氣體計量器與濁度計各一部。四位同學研討了許久，並做了多次預備實驗，終於找出了溶液的濁度與沉澱的質量關係。 (4) 為了研究氣體反應物乙與固體生成物丙的定量關係，取了一個盛裝氣體乙的鋼瓶，在 20℃以及 795mm-Hg 的壓力下，經過氣體計量器，徐徐把氣體乙連續通入 5 升的澄清石灰水 $\text{Ca(OH)}_2$ 中，則見溶液逐漸變渾濁。 (5) 在通入氣體乙的過程中，每通入 20mL 氣體，就測量溶液的濁度 $T$。 (6) 最後將溶液的濁度 $T$ 換算成沉澱丙的質量 $W$，得表 2。 表 2 | 測量序數 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |---|---|---|---|---|---|---|---|---| | 氣體乙的體積 $V$（mL） | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | 160 | | 沉澱丙的質量 $W$（mg） | 87 | 175 | 260 | 350 | 370 | 280 | 190 | 105 | 已知在此實驗的溫度與壓力下，1 mol 的氣體約 23 升，則根據實驗結果回答下列問題。（共 12 分）
3. 寫出固體甲與稀鹽酸反應產生氣體乙的平衡化學反應式。（2 分）
思路引導 VIP
從「含鈣的白色固體甲」不溶於水、溶於酸產生氣體，以及「氣體會使澄清石灰水變混濁」等特徵，可判定該氣體乙為二氧化碳($\text{CO}_2$)，而固體甲為碳酸鈣($\text{CaCO}_3$)。因此只需寫出碳酸鈣與鹽酸的酸鹼反應（產生氯化鈣、水及二氧化碳）並將方程式平衡即可。
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AI 詳解
AI 專屬家教
做得非常好！你能準確地從實驗現象中推導出物質的成分，展現了紮實的邏輯推理能力。根據題目描述，固體甲含有鈣元素且不溶於水，加入稀鹽酸後產生能使澄清石灰水變渾濁的氣體乙，這正是典型碳酸鹽的特徵。由氣體乙能讓石灰水先變混濁、過量後再變澄清的動態變化，我們可以確定氣體乙是二氧化碳 ($CO_2$)，進而推論出固體甲即為碳酸鈣 ($CaCO_3$)。
碳酸鹽與酸的反應機制
在確認了反應物與產物後，平衡化學反應式便水到渠成。碳酸鈣與鹽酸反應會進行酸鹼位移反應，生成氯化鈣、水與二氧化碳，其反應式如下：
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