Question

19．請你參與某學習小組進行研究性學習的過程，并協(xié)助完成相關任務．
【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、堿等的混合物）．同時，他們還查閱到下列有關物質(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和，可能含有Ca（OH）₂和MgCO₃．
【設計方案】（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）乙同學設計了下列實驗裝置，進一步確定水垢中含有碳酸鹽的成分．其主要實驗步驟如下：
①按圖組裝儀器，將50g水垢試樣放入錐形瓶中，加入足量鹽酸溶液；
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曲線）；
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

討論：
a．步驟①加入樣品前還應裝置的氣密性檢查．
b．裝置Ⅱ的作用是吸收CO₂中的水；從導管A處緩緩鼓入一定量的空氣時，裝置Ⅰ的作用是除去空氣中的CO₂．
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】通過上述探究可知：水垢的主要成分有Mg（OH）₂、CaCO₃、MgCO₃．

Answer 1

分析 【提出猜想】水垢主要成分為不溶性或微溶性的碳酸鹽、堿等的混合物；結(jié)合溶解性表，分析表中不溶或微溶物，對水垢成分進行猜想；
【設計方案】（1）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；
（2）可利用碳酸鹽能與稀鹽酸反應放出氣體二氧化碳，通過干燥管內(nèi)物質(zhì)增加的質(zhì)量測定水垢與足量稀鹽酸充分反應后所放出二氧化碳的量，根據(jù)化學方程式進行計算，判斷水垢中碳酸鹽的組成；
【實驗結(jié)論】綜合整個探究過程，得出水垢主要成分的結(jié)論．

解答 解：【提出猜想】根據(jù)查閱到有關物質(zhì)的溶解性表，氫氧化鎂和碳酸鈣不溶，而氫氧化鈣和碳酸鎂微溶，因此，猜想水垢中一定含有不溶的氫氧化鎂和碳酸鈣，可能含有微溶的氫氧化鈣和碳酸鎂；故答案為：CaCO₃；MgCO₃；
【設計方案】（1）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：Na₂CO₃溶液；
（2）a、為防止實驗過程中因裝置漏氣而造成結(jié)果錯誤，在進行實驗前要對裝置的氣密性進行檢驗；故答案為：裝置的氣密性；
b、裝置II中盛放的濃硫酸可以吸收生成的二氧化碳氣體中混有的水，避免水對氣體質(zhì)量的測定產(chǎn)生影響；裝置I中盛放的氫氧化鈉溶液可除去空氣中的二氧化碳，避免在鼓入空氣時空氣中的二氧化碳影響對反應生成二氧化碳質(zhì)量測定；
故答案為：吸收CO₂中的水；除去空氣中的CO₂；
c、干燥管內(nèi)堿石灰因吸收二氧化碳而質(zhì)量增加，干燥管增加的質(zhì)量即為二氧化碳氣體的質(zhì)量；根據(jù)測量結(jié)果所得曲線，最終產(chǎn)生二氧化碳質(zhì)量為24g；
假設50g水垢全部為碳酸鈣或碳酸鎂，完全反應放出二氧化碳的質(zhì)量分別為x、y．
CaCO₃～CO₂
100        44
50g         x
則$\frac{100}{44}=\frac{50g}{x}$，解得x=22g＜24g，因此水垢不能全部為碳酸鈣；
MgCO₃～CO₂
84          44
50g       y
則$\frac{84}{44}=\frac{50g}{y}$，解得y≈26.2g＞24g，因此水垢一定含有碳酸鎂；
故答案為：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】根據(jù)甲同學的實驗，該水垢樣品中一定不含氫氧化鈣；根據(jù)乙同學的實驗探究，該水垢樣品中一定含碳酸鎂；因此，水垢的主要成分應為氫氧化鎂、碳酸鈣和碳酸鎂的混合物；故答案為：Mg（OH）₂、CaCO₃、MgCO₃．
故答案為：
【提出猜想】CaCO₃，MgCO₃．
【設計方案】（1）Na₂CO₃溶液．（2）a． 裝置的氣密性．b．吸收CO₂中的水；除去空氣中的CO₂；
 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 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．