Question

7．小明暑假里去北京旅游，發(fā)現(xiàn)他所住賓館的電熱水壺里有很多水垢．水壺的水燒開后，水面還漂著一層白色的東西．他設(shè)法取了一些水垢，準備回校后與同學(xué)小軍一起做進一步的探究．

【研究課題】探究水壺底部水垢的主要成分，并通過實驗測定某主要成分的含量．
【查閱資料】小明通過查閱資料知道，天然水中一般都含有Ca²⁺、Mg²⁺、HCO${\;}_{3}^{-}$等離子，在加熱條件下，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、堿等混合物）．同時，他還查閱到有關(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】
（1）水垢的主要成分一定含有Mg（OH）₂和CaCO₃，可能含有Ca（OH）₂和MgCO₃．
【設(shè)計方案】
（2）小明同學(xué)在燒杯中放入少量研碎的水垢，加入適量蒸餾水，充分攪拌后，取適量上層清液于試管中，再滴加Na₂CO₃溶液，沒有白色沉淀產(chǎn)生，說明水垢中無Ca（OH）₂．
（3）小軍設(shè)計了如圖甲所示的實驗裝置，測定水垢中碳酸鹽的含量．實驗步驟如下：
①按圖甲組裝儀器，將50克水垢試樣放入錐形瓶中，加入足量的某酸溶液．該實驗中檢查裝置的氣密性的操作應(yīng)在加入樣品前（選填“前”或“后”）進行．小軍所加的酸是稀鹽酸

②測量5分鐘內(nèi)干燥管內(nèi)物質(zhì)增加的質(zhì)量，（如圖乙所示），從圖乙看出，第3.5分鐘～第5分鐘，干燥管內(nèi)物質(zhì)增加的質(zhì)量都是16.5g，這說明水垢中的碳酸鹽已完全參與了反應(yīng)．假設(shè)該水垢只含一種碳酸鹽，則該水垢中含該種碳酸鹽的質(zhì)量分數(shù)為75%或63%．
（4）小明覺得小軍測得的該水垢中含該種碳酸鹽的質(zhì)量分數(shù)與實際的含量相比會偏低，為減小實驗誤差，你采取的措施是待錐形瓶中不再產(chǎn)生氣泡時，打開活塞B，從導(dǎo)管A中緩緩鼓入一定量的空氣．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題干信息來分析，天然水中一般都含有Ca²⁺、Mg²⁺、HCO³等離子，在加熱條件下，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、堿等混合物）．
（2）根據(jù)氫氧化鈣的化學(xué)性質(zhì)分析解答；利用氫氧化鈣能與可溶性碳酸鹽生成不溶性的碳酸鈣沉淀，可采取滴加碳酸鈉溶液的方法檢驗清液中是否含有氫氧化鈣；
（3）對于有氣體生成或有氣體參加的化學(xué)反應(yīng)，在實驗前就需要先檢查裝置的氣密性；并結(jié)合碳酸鹽的檢驗方法來分析；
氣體質(zhì)量不再增加，說明反應(yīng)已經(jīng)結(jié)束，干燥管增重的質(zhì)量即為碳酸鹽與稀鹽酸反應(yīng)生成二氧化碳氣體的質(zhì)量；
（4）根據(jù)水垢與稀鹽酸反應(yīng)生成的二氧化碳氣體可能沒有被堿石灰完全吸收來分析．

解答 解：（1）天然水中的三種主要離子可以結(jié)合成碳酸氫鈣和碳酸氫鎂兩種主要物質(zhì)，根據(jù)題干信息可知，在加熱的條件下，得到溶解度更小的碳酸鹽和堿的混合物，即：碳酸鈣、碳酸鎂、氫氧化鎂、氫氧化鈣等；故填：CaCO₃；MgCO₃；
（2）為檢驗氫氧化鈣，取上層清液加入碳酸鈉溶液，無白色沉淀出現(xiàn)，說明所取上層清液中不含氫氧化鈣；故答案為：滴加Na₂CO₃溶液；
（3）①在向裝置中加入藥品進行實驗前，要檢查裝置的氣密性，以防裝置漏氣；利用碳酸鹽可與稀鹽酸完全反應(yīng)放出二氧化碳，因此，所使用的酸應(yīng)為稀動鹽酸；
故答案為：前；稀鹽酸；
②從圖乙看出，第3.5分鐘～第5分鐘，干燥管內(nèi)物質(zhì)增加的質(zhì)量都是16.5g，這說明水垢中的碳酸鹽已完全參與了反應(yīng)，增重的質(zhì)量即為生成二氧化碳的質(zhì)量．由題意可知，若水垢中的碳酸鹽只有一種，可先假設(shè)該碳酸鹽是碳酸鈣，則設(shè)碳酸鈣的質(zhì)量為x
CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                  44
 x                  16.5g
$\frac{100}{44}=\frac{x}{16.5g}$
x=37.5g
則該水垢中含該種碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)為：$\frac{37.5g}{50g}×100%$=75%；
若假設(shè)該碳酸鹽是碳酸鎂，則設(shè)碳酸鎂的質(zhì)量為y
MgCO₃+2HCl=MgCl₂+H₂O+CO₂↑
84                  44
y                 16.5g
$\frac{84}{44}=\frac{y}{16.5g}$
y=31.5g
則該水垢中含該種碳酸鎂的質(zhì)量分數(shù)為：$\frac{31.5g}{50g}×100%$=63%
故答案為：水垢中的碳酸鹽已完全參與了反應(yīng)；75%或63%；
（4）若此方法時，少量的二氧化碳氣體存在于裝置內(nèi)，沒有完全被堿石灰吸收，因此計算結(jié)果偏小，所以應(yīng)從導(dǎo)管A處緩緩鼓入一定量的空氣，以保證生成的二氧化碳氣體被完全吸收；故填：從導(dǎo)管A處緩緩鼓入一定量的空氣．

點評 根據(jù)裝置的特點及裝置中所盛放藥品的性質(zhì)，對裝置的作用進行理解，是解決給出實驗裝置類探究問題的一個重要手段．