まず、炭酸カルシウム(CaCO3)と塩酸(HCl)の反応式を考えます。
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2
この反応式からわかるように、1モルの炭酸カルシウムに対して2モルの塩酸が反応して二酸化炭素が発生します。
まず、672mlの二酸化炭素の体積から、モル数を計算します。標準状態(0℃、1気圧)での気体のモル体積は22.4L/molですので、672mlは0.672Lに相当します。
次に、反応式のモル比を考慮して、炭酸カルシウムのモル数を求めます。反応式からわかるように、1モルの炭酸カルシウムに対して2モルの塩酸が反応するため、炭酸カルシウムのモル数は二酸化炭素のモル数の半分になります。
モル数 = 0.672L / 22.4L/mol / 2 = 0.015モル
炭酸カルシウムのモル数を求めたので、質量を計算するために原子量を考慮します。炭酸カルシウムの分子量は40.08 + 12.01 + (3×16.00) = 100.09 g/molです。
質量 = モル数 × 分子量 = 0.015モル × 100.09 g/mol = 1.50135 g
したがって、4.0gの炭酸カルシウムサンプルから得られた純粋な炭酸カルシウムの質量は1.50135gです。
純度は、純粋な炭酸カルシウムの質量を元のサンプルの質量で割って求めます。
純度 = (純粋な炭酸カルシウムの質量 / サンプルの質量) × 100%
= (1.50135 g / 4.0 g) × 100%
= 37.53%
したがって、この炭酸カルシウムの純度は37.53%です。