Question

請你參與某學習小組進行研究性學習的過程，并協(xié)助完成相關(guān)任務(wù)：
【研究課題】：探究熱水壺底部水垢的主要成分
【查閱資料】：該小組同學通過查閱資料知道，天然水中一般都含有Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-等離子，在加熱時，這些離子趨于生成溶解度更小的物質(zhì)-水垢（主要成分為碳酸鹽、堿等的混合物）．同時，他們還查閱到下列有關(guān)物質(zhì)的溶解性：

物  質(zhì)	Ca（HCO3）2	Mg（HCO3）2	Ca（OH）2	Mg（OH）2	CaCO3	MgCO3
溶解性	可溶	可溶	微溶	不溶	不溶	微溶

【提出猜想】：水垢的主要成分一定含有CaCO₃和

 

，可能含有Ca（OH）₂和

 

．寫出Ca（HCO₃）₂受熱分解的化學方程式

 

．
【設(shè)計方案】：
（1）甲同學在燒杯中放入少量研碎的水垢，加入適量蒸餾水充分攪拌，取上層清液加入

 

，沒有白色沉淀，說明水垢中無Ca（OH）₂；
（2）乙同學設(shè)計下列實驗裝置，進一步確定水垢中含有碳酸鹽的成分，步驟如下：
①按圖1組裝儀器，將50g水垢試樣放入錐形瓶中，加入足量某酸溶液；
②測量一定時間內(nèi)干燥管內(nèi)物質(zhì)增加的質(zhì)量（見圖2）；
③待錐形瓶中不再產(chǎn)生氣泡時，打開活塞B，從導管A處緩緩鼓入一定量的空氣；
④再次稱量干燥管內(nèi)物質(zhì)增加的質(zhì)量；
⑤重復③和④的操作，直至干燥管內(nèi)物質(zhì)質(zhì)量不變．

a．步驟①所加的酸溶液是

 

．
b．裝置Ⅱ的作用是

 

；
從導管A處緩緩鼓入一定量的空氣的作用是

 

．
c．研究性小組的同學通過簡單計算，認為水垢中一定含有MgCO₃，理由是

 

．
【實驗結(jié)論】通過上述探究可知：水垢的主要成分有

 

．

Answer 1

考點：實驗探究物質(zhì)的組成成分以及含量,堿的化學性質(zhì),鹽的化學性質(zhì),書寫化學方程式、文字表達式、電離方程式

專題：科學探究

分析：本實驗探究物質(zhì)的組成成分以及含量，證明碳酸鹽（CO₃^2-檢驗方法），二氧化碳的化學性質(zhì)，酸的物理性質(zhì)及用途，堿的化學性質(zhì)．
提出猜想：根據(jù)水垢的成分及題中所給物質(zhì)的溶解性表可以提出猜想．
設(shè)計方案：（1）從檢驗鈣離子的方法上入手分析．
（2）a：根據(jù)實驗操作步驟分析即可；實驗室用稀鹽酸溶解碳酸鈣．
b：堿石灰是堿性干燥劑，可以吸收酸性氣體，氫氧化鈉可以吸收二氧化碳氣體．
c：從二氧化碳的量上去分析．
實驗結(jié)論：根據(jù)猜想和計算即可確定水垢的成分．

解答：解：【提出猜想】根據(jù)題意可知，水垢的主要成分為碳酸鹽、堿等物質(zhì)的混合物，再結(jié)合物質(zhì)的溶解性表可知，水垢中一定含Mg（OH）₂和CaCO₃，可能含有Ca（OH）₂和MgCO₃；Ca（HCO₃）₂受熱分解生成碳酸鈣、水和二氧化碳，故反應的化學方程式為Ca（HCO₃）₂

△   .

CaCO₃+CO₂↑+H₂O．
【設(shè)計方案】
（1）檢驗Ca²⁺要用可溶性的碳酸鹽，如Na₂CO₃溶液，因為二者能反應產(chǎn)生沉淀．
（2）a．由于水垢中存在有碳酸鈣，而硫酸與碳酸鈣反應會生成微溶于水的硫酸鈣，覆蓋在碳酸鈣的表面，阻止了反應的進一步進行，故溶解碳酸鹽一般用稀鹽酸；
b．因為該實驗是要通過測定生成二氧化碳的質(zhì)量來確定水垢的成分，而從錐形瓶中出來的二氧化碳氣體是不干燥的，且都會被干燥管內(nèi)的物質(zhì)吸收，從而影響到結(jié)果的測定，所以二氧化碳氣體在進入干燥管之前必須經(jīng)過干燥，濃硫酸恰可以用來干燥二氧化碳氣體；由于氣壓的原因，最后錐形瓶中會殘存有一定量的二氧化碳氣體，故從導管A處緩緩鼓入一定量的空氣嗎，可以使裝置中的所有二氧化碳都能被堿石灰所吸收．
c．根據(jù)化學方程式的計算可知，即使50g水垢全部為CaCO₃，產(chǎn)生CO₂的質(zhì)量也僅為22g，而實驗測得生成的CO₂質(zhì)量為24g，比22g多，所以水垢中一定還有MgCO₃．
【實驗結(jié)論】實驗猜想中已經(jīng)確定有Mg（OH）₂和 CaCO₃，而根據(jù)（2）的計算可知還應該含有MgCO₃，故水垢的主要成分有Mg（OH）₂、CaCO₃和MgCO₃．
故答案為：
【提出猜想】Mg（OH）₂； MgCO₃； Ca（HCO₃）₂

△   .

CaCO₃+CO₂↑+H₂O
【設(shè)計方案】
（1）Na₂CO₃溶液；
（2）a．稀鹽酸；
b．吸收CO₂中的水； 使裝置中的二氧化碳全部被堿石灰吸收
c．即使50g水垢全部為CaCO₃，產(chǎn)生CO₂的質(zhì)量應為22g，而實驗測得生成的CO₂質(zhì)量＞22g
【實驗結(jié)論】Mg（OH）₂、CaCO₃、MgCO₃

點評：在解此類題時，首先要會分析題中所涉及的反應原理，然后結(jié)合反應原理和計算所要用到的數(shù)據(jù)進行分析解答．對于驗證型實驗探究，要熟記物質(zhì)的性質(zhì)或變化規(guī)律，根據(jù)給出的實驗設(shè)計方案，進行實驗、分析和探究，并通過觀察、記錄和分析的實驗現(xiàn)象，來驗證該物質(zhì)的性質(zhì)或變化規(guī)律等．