Question

9．浴室噴頭長時間使用會有白色固體附著，俗稱水垢．這是因為硬水中含有較多的可溶性的碳酸氫鈣Ca（HCO₃）₂，還含有可溶性的碳酸氫鎂Mg（HCO₃）₂．查閱資料，加熱時會產(chǎn)生難溶性的固體．其中碳酸氫鈣Ca（HCO₃）₂受熱易分解，生成難溶性的化合物、氣體等物質(zhì)．某小組想探究碳酸氫鈣受熱分解后產(chǎn)物的成分．
【提出猜想】猜想1．難溶性化合物可能是CaCO₃；猜想2．氣體可能是H₂、CO、CO₂．
【方案設(shè)計】請你設(shè)計實驗，幫助該組同學確定難溶物的成分．

實驗步驟	實驗現(xiàn)象	結(jié)論
		難溶物是CaCO3

【實驗探究】該組同學設(shè)計如圖1實驗，繼續(xù)探究氣體的成分．
操作1．加熱A裝置，一段時間后，B裝置中的澄清石灰水變渾濁．
操作2．在a處用燃著的木條檢驗，無明顯現(xiàn)象．
【實驗結(jié)論】結(jié)論1．碳酸氫鈣分解產(chǎn)生的氣體是二氧化碳；
結(jié)論2．碳酸氫鈣受熱分解的化學方程式為Ca（HCO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
【反思評價】有同學提出：硬水中可溶性的碳酸氫鎂Mg（HCO₃）₂受熱也會產(chǎn)生不溶性的固體，那水垢的成分中還有什么物質(zhì)？根據(jù)上述探究，該組同學設(shè)計如圖2裝置進一步實驗．（已知堿石灰主要成分為CaO和NaOH）

【實驗測定】步驟如下：
①按圖組裝儀器，先檢驗裝置的氣密性，再將50g水垢樣品放入錐形瓶中．
②打開止水夾K，從導(dǎo)管a處緩緩鼓入一定量的空氣．
③逐滴加入足量稀鹽酸，待錐形瓶中出現(xiàn)不再產(chǎn)生氣泡時現(xiàn)象時，停止滴加稀鹽酸．
④打開止水夾K，從導(dǎo)管a處緩緩鼓入一定量的空氣；
⑤稱量D瓶內(nèi)物質(zhì)增加的質(zhì)量，直至D瓶內(nèi)物質(zhì)質(zhì)量不變；
⑥測量滴加稀鹽酸體積與D瓶內(nèi)物質(zhì)增加質(zhì)量的關(guān)系如圖3曲線所示．
【討論交流】
①A裝置中的NaOH溶液的作用是除去空氣中的CO₂，若沒有A裝置，D裝置中的質(zhì)量將偏大（填“偏大”、“不變”或“偏小”）．
②C裝置中濃硫酸的作用是吸收CO₂中的水，E裝置的作用是防止空氣中的CO₂進入D中．
③分析曲線圖，通過計算可知：水垢中一定含有（化學式）Mg（OH）₂、CaCO₃、MgCO₃，理由是如果50g水垢全部為CaCO₃，產(chǎn)生CO₂的質(zhì)量應(yīng)為22g，而實驗測得生成的CO₂質(zhì)量為24g，大于了22g，故一定含有50g固體與足量的稀鹽酸反應(yīng)生成的CO₂質(zhì)量大于22g的MgCO₃．
④查閱資料：水垢的主要成分有CaCO₃、MgCO₃和Mg（OH）₂三種成分，三種物質(zhì)加熱后均能生成兩種氧化物．小組同學提出探究水垢中氫氧化鎂的質(zhì)量分數(shù)：另取質(zhì)量為50g的水垢試樣，放入試管中加熱至質(zhì)量不再減少為止，測得二氧化碳24g，殘留固體25.1g．結(jié)合以上數(shù)據(jù)，確定水垢樣品中氫氧化鎂的質(zhì)量分數(shù)為5.8%．（結(jié)果保留小數(shù)點后一位）

Answer 1

分析 【方案設(shè)計】利用碳酸鹽遇鹽酸可以放出能使澄清石灰水變渾濁的二氧化碳氣體，進行實驗的設(shè)計；
【實驗結(jié)論】結(jié)論1：根據(jù)操作2中a處燃著的木條的現(xiàn)象進行分析，對氣體組成作出判斷；根據(jù)反應(yīng)原理寫出反應(yīng)的化學方程式；
【實驗交流】交流1：根據(jù)點燃氣體的完全操作，分析操作2在點燃氣體進行檢驗時存在的操作上的問題；
交流2：對組內(nèi)同學所提出的觀點，結(jié)合實驗過程中所出現(xiàn)的現(xiàn)象或化學的基本理論，進行分析與評價．
【實驗測定】根據(jù)在向裝置中加入藥品進行實驗前，要檢查裝置的氣密性解答；
【討論交流】
根據(jù)裝置內(nèi)所盛放的藥品，判斷裝置的作用；
通過計算，分析出現(xiàn)質(zhì)量偏大的可能原因；
根據(jù)質(zhì)量守恒定律，求出水的質(zhì)量，利用水的質(zhì)量求出氫氧化鎂的質(zhì)量．

解答 解：【方案設(shè)計】取難溶物置于試管，加入適量稀鹽酸，并把產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水，若石灰水變渾濁，可說明難溶物為碳酸鈣；
【實驗結(jié)論】結(jié)論1：由于操作2中a處燃著的木條無明顯現(xiàn)象，可判斷氣體中不含有能使木條燃燒更劇烈的氧氣，也不會含有點燃時會有爆鳴聲的可燃性氣體氫氣等；碳酸氫鈣分解產(chǎn)生的氣體一定有CO₂；
結(jié)論2．碳酸氫鈣受熱分解的化學方程式為Ca（HCO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
【實驗測定】步驟如下：
在向裝置中加入藥品進行實驗前，要檢查裝置的氣密性；逐滴加入足量稀鹽酸，待錐形瓶中出現(xiàn)不再產(chǎn)生氣泡時現(xiàn)象時，停止滴加稀鹽酸．
【討論交流】
①裝置A中盛放氫氧化鈉溶液，可吸收空氣中的二氧化碳，以除去空氣二氧化碳防止對后面測定的影響；若沒有A裝置，D裝置中的質(zhì)量將偏大；
②裝置C中盛放的濃硫酸具有吸水性，在整個裝置中起到吸收混在二氧化碳氣體中的水的作用；E裝置的作用是：除去空氣中的CO₂；
③設(shè)50g碳酸鈣完全反應(yīng)生成二氧化碳氣體質(zhì)量為x
CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                  44
50g                  x
$\frac{100}{50g}=\frac{44}{x}$
解之得 x=22g
而根據(jù)反應(yīng)記錄圖，水垢完全反應(yīng)放出二氧化碳的質(zhì)量為24g＞22g；根據(jù)碳酸鈣、碳酸鎂與鹽酸反應(yīng)放出二氧化碳的關(guān)系：等質(zhì)量的碳酸鎂與酸反應(yīng)放出氣體質(zhì)量大于碳酸鈣，因此，水垢中應(yīng)含有碳酸鎂；
故答案為：如果50g水垢全部為CaCO₃，產(chǎn)生CO₂的質(zhì)量應(yīng)為22g，而實驗測得生成的CO₂質(zhì)量為24g，大于了22g，故一定含有50g固體與足量的稀鹽酸反應(yīng)生成的CO₂質(zhì)量大于22g的MgCO₃；
④碳酸鈣加熱生成氧化鈣和二氧化碳，碳酸鎂加熱生成氧化鎂和二氧化碳，氫氧化鎂加熱分解為氧化鎂和水，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，生成水的質(zhì)量為50g-24g-29.1g=0.9g
設(shè)樣品中氫氧化鎂的質(zhì)量為y
Mg（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+H₂O
58              18
y               0.9g
$\frac{58}{y}=\frac{18}{0.9g}$
x=2.9g
水垢樣品中氫氧化鎂的質(zhì)量分數(shù)為：$\frac{2.9g}{50g}×$100%=5.8%
故答案為：
【方案設(shè)計】
取少量難溶物于試管中，加入鹽酸后，將產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水；若有氣泡生成且石灰水變渾濁；
【實驗結(jié)論】結(jié)論1：二氧化碳；
結(jié)論2．Ca（HCO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
【實驗測定】
【討論交流】
①除去空氣中的CO₂；偏大；
②吸收CO₂中的水；防止空氣中的CO₂進入D中；
③Mg（OH）₂、CaCO₃、MgCO₃；如果50g水垢全部為CaCO₃，產(chǎn)生CO₂的質(zhì)量應(yīng)為22g，而實驗測得生成的CO₂質(zhì)量為24g，大于了22g，故一定含有50g固體與足量的稀鹽酸反應(yīng)生成的CO₂質(zhì)量大于22g的MgCO₃；
④5.8%．

點評 本題巧妙地利用碳酸氫鈣的分解考查了碳酸鹽地檢驗、質(zhì)量守恒定律地應(yīng)用、常見氣體的檢驗等化學基礎(chǔ)知識，審清題意認真思考，會發(fā)現(xiàn)此問題難度并不大．