5.探究水壺內(nèi)部水垢的主要成分
小花和小紅同學(xué)非常善于進行實驗探究,他們發(fā)現(xiàn)長期使用的熱水壺底部有一層水垢,小花想這層水垢的主要成分是什么?圍繞這個問題,他們展開了探究,請你也參入到他們的學(xué)習(xí)過程,并協(xié)助完成相關(guān)任務(wù).
【提出問題】熱水壺底部水垢的主要成分是什么?
【查閱資料】通過查閱資料知道,天然水和水垢所含的物質(zhì)及其溶解性如下表:
物質(zhì) | Ca(HCO3)2 | Mg(HCO3)2 | Ca(0H)2 | Mg(0H)2 | CaCO3 | MgCO3 |
溶解性 | 可溶 | 可溶 | 微溶 | 不溶 | 不溶 | 微溶 |
【提出猜想】通過分析,他們認為水垢的主要成分中一定含有Mg(0H)
2和CaCO
3(寫化學(xué)式,下同),可能含有Ca(OH)
2和MgCO
3.
【設(shè)計方案,進行實驗】
(1)小花在燒杯中放入少量研碎的水垢,加入適量蒸餾水充分攪拌,靜置.取上層清液滴入Na
2CO
3溶液,如果沒有白色沉淀生成,說明水垢中不含有Ca(0H)
2(填化學(xué)式).
(2)欲證明水垢中含有碳酸鹽的實驗方法是取少量水垢于試管中,向試管中加入稀鹽酸,有氣泡產(chǎn)生,把生成的氣體通入澄清石灰水中,石灰水變渾濁.
(3)為了進一步確定水垢中含有碳酸鹽的成分,他們設(shè)計了如圖1實驗裝置.
Ⅰ.小花和小紅的主要實驗步驟如下:
①按上圖所示組裝儀器,將50g水垢試樣放入錐形瓶中,逐滴加入足量稀鹽酸.
②待錐形瓶中不再產(chǎn)生氣泡時,打開活塞b,從導(dǎo)管a處緩緩鼓入一定量的空氣.
③稱量D瓶內(nèi)物質(zhì)增加的質(zhì)量.
④重復(fù)②和③的操作,直至D瓶內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量不變.
經(jīng)過上述實驗,他們測量滴加稀鹽酸的體積與
D瓶內(nèi)物質(zhì)增加質(zhì)量的關(guān)系如圖2曲線所示.
Ⅱ.小花和小紅另取50g碳酸鈣放入錐形瓶中,利用上述裝置,重復(fù)Ⅰ中①~④的操作,稱量D瓶內(nèi)物質(zhì)增加的質(zhì)量是22g.
【實驗評價】
(1)A瓶中的NaOH溶液起到吸收空氣中二氧化碳的作用.若A瓶中無NaOH溶液,D瓶中的質(zhì)量將增大(填“增大”、“不變”或“減小”),D瓶中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NaOH+CO
2=Na
2CO
3+H
2O.C瓶中濃硫酸的作用是除去二氧化碳氣體中的水蒸氣.
(2)在實驗Ⅰ與Ⅱ中,小花、小紅運用了化學(xué)實驗中的對比試驗方法.
(3)一般情況下,兩種不同金屬形成的碳酸鹽與足量鹽酸反應(yīng)時,若兩種金屬的化合價相同、兩種鹽的質(zhì)量相同,則相對分子質(zhì)量小者放出的氣體多.分析實驗Ⅰ與Ⅱ可知,水垢中一定含有MgCO
3(填化學(xué)式),理由是50g碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)放出二氧化碳22g,而50g水垢與鹽酸反應(yīng)實際生成二氧化碳的質(zhì)量是24g,大于22g,所以水垢中一定含有碳酸鎂.
(4)以上實驗不能(填“能夠”或“不能”) 檢測出水垢中是否含有Mg(OH)
2.
【拓展延伸】
小花和小紅從化學(xué)課上得知大理石的主要成分也是碳酸鈣,為了探究大理石中碳酸鈣的含量,兩位同學(xué)另取20g大理石樣品放入錐形瓶中,同樣利用上述裝置,重復(fù)Ⅰ中①~④的操作,稱量D瓶內(nèi)物質(zhì)增加的質(zhì)量是4.4g.請根據(jù)題目中提供的數(shù)據(jù),計算大理石樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù).