Question

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(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，他們發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)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(gè)問題，他們展開了探究，請(qǐng)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(rèn)為水垢的主要成分中一定含有Mg（0H）₂和CaCO₃（寫化學(xué)式，下同），可能含有Ca（OH）₂和MgCO₃．
【設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】
（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?jǐn)嚢瑁�靜置．取上層清液滴入Na₂CO₃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(shí)驗(yàn)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(jìn)一步確定水垢中含有碳酸鹽的成分，他們?cè)O(shè)計(jì)了如圖1實(shí)驗(yàn)裝置．

Ⅰ．小花和小紅的主要實(shí)驗(yàn)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(shí)，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?jī)?nèi)物質(zhì)增加的質(zhì)量．
④重復(fù)②和③的操作，直至D瓶?jī)?nèi)物質(zhì)的質(zhì)量不變．
經(jīng)過上述實(shí)驗(yàn)，他們測(cè)量滴加稀鹽酸的體積與
D瓶?jī)?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?jī)?nèi)物質(zhì)增加的質(zhì)量是22g．
【實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)】
（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+CO₂=Na₂CO₃+H₂O．C瓶中濃硫酸的作用是除去二氧化碳?xì)怏w中的水蒸氣．
（2）在實(shí)驗(yàn)Ⅰ與Ⅱ中，小花、小紅運(yùn)用了化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的對(duì)比試驗(yàn)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(shí)，若兩種金屬的化合價(jià)相同、兩種鹽的質(zhì)量相同，則相對(duì)分子質(zhì)量小者放出的氣體多．分析實(shí)驗(yàn)Ⅰ與Ⅱ可知，水垢中一定含有MgCO₃（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(shí)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(shí)驗(yàn)不能（填“能夠”或“不能”） 檢測(cè)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?jī)?nèi)物質(zhì)增加的質(zhì)量是4.4g．請(qǐng)根據(jù)題目中提供的數(shù)據(jù)，計(jì)算大理石樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

Answer 1

分析 【提出猜想】
根據(jù)表中提供的數(shù)據(jù)可以判斷水垢的組成；
碳酸鈉和氫氧化鈣反應(yīng)生成白色沉淀碳酸鈣和氫氧化鈉；
碳酸鹽能和稀鹽酸反應(yīng)生成能使澄清石灰水變渾濁的氣體二氧化碳；
【實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)】
氫氧化鈉能夠吸收二氧化碳，并且能和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉和水；
濃硫酸具有吸水性，可以用作氫氣、氧氣、二氧化碳等氣體的干燥劑；
根據(jù)提供的信息可以進(jìn)行相關(guān)方面的判斷．
【拓展延伸】根據(jù)二氧化碳的質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算碳酸鈣的質(zhì)量，進(jìn)一步計(jì)算大理石樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：【提出猜想】
通過分析知道，氫氧化鎂和碳酸鈣都不溶于水，氫氧化鈣和碳酸鎂都微溶于水，因此水垢的主要成分中一定含有Mg（0H）₂和CaCO₃，可能含有Ca（OH）₂和MgCO₃．
故填：CaCO₃；MgCO₃．
【設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】
（1）取上層清液滴入Na₂CO₃溶液，如果沒有白色沉淀生成，說明水垢中不含有Ca（0H）₂．
故填：Ca（0H）₂．
（2）欲證明水垢中含有碳酸鹽的實(shí)驗(yàn)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．
故填：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．
【實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)】
（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，空氣中的部分二氧化碳會(huì)被氫氧化鈉溶液吸收，會(huì)導(dǎo)致D瓶中的質(zhì)量增大；
D瓶中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O；
C瓶中濃硫酸的作用是除去二氧化碳?xì)怏w中的水蒸氣．
故填：吸收空氣中二氧化碳的；增大；2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O；除去二氧化碳?xì)怏w中的水蒸氣．
（2）在實(shí)驗(yàn)I與II中，小花、小紅運(yùn)用了化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的對(duì)比試驗(yàn)方法．
故填：對(duì)比試驗(yàn)．
（3）因?yàn)?0g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(shí)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．
故填：MgCO₃；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(shí)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(shí)驗(yàn)不能檢測(cè)出水垢中是否含有Mg（OH）₂．
故填：不能．
【拓展延伸】
設(shè)：樣品中碳酸鈣的質(zhì)量為X
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                   44
X                    4.4g
$\frac{100}{X}$=$\frac{44}{4.4g}$
 解得：X=10g
大理石樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是：$\frac{10g}{20g}$×100%=50%
答：大理石樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是50%

點(diǎn)評(píng) 合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)，是得出正確實(shí)驗(yàn)結(jié)論的前提，因此要學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)，為學(xué)好化學(xué)知識(shí)奠定基礎(chǔ)