Question

12．某學(xué)習(xí)小組想探究熱水壺底部水垢的主要成分．該小組同學(xué)通過(guò)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、堿的混合物）．同時(shí)，他們還查閱到有關(guān)物質(zhì)的溶解性，認(rèn)為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．
（1）甲同學(xué)在燒杯中放入少量研碎的水垢，加入適量蒸餾水充分?jǐn)嚢瑁�取上層清液后加入Na₂CO₃溶液，沒(méi)有白色沉淀，說(shuō)明水垢中無(wú)Ca（OH）₂；
（2）乙同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步確定水垢中含有碳酸鹽的成分．按圖1組裝儀器，將50g水垢試樣研碎后放入錐形瓶中，加入足量某酸溶液，其主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：
①檢查裝置的氣密性后加藥物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)
②測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)干燥管內(nèi)物質(zhì)增加的質(zhì)量（見(jiàn)上邊圖2曲線(xiàn)）；
③待錐形瓶中不再產(chǎn)生氣泡時(shí)，打開(kāi)活塞B，從導(dǎo)管A處緩緩鼓入空氣；
④再次稱(chēng)量干燥管內(nèi)物質(zhì)增加的質(zhì)量；
⑤重復(fù)③和④的操作，直至干燥管內(nèi)物質(zhì)質(zhì)量不變．
討論：操作③中從導(dǎo)管A處緩緩鼓入一定量空氣的目的是將產(chǎn)生的二氧化碳全部被吸收，裝置Ⅰ的作用是除去空氣的二氧化碳．
（3）由該小組同學(xué)的探究可知，此水垢的主要成分是Mg（OH）₂、CaCO₃、MgCO₃．

Answer 1

分析 （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(yàn)清液中是否含有氫氧化鈣；
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置的作用進(jìn)行分析解答即可；
（3）可利用碳酸鹽能與稀鹽酸反應(yīng)放出氣體二氧化碳，通過(guò)干燥管內(nèi)物質(zhì)增加的質(zhì)量測(cè)定水垢與足量稀鹽酸充分反應(yīng)后所放出二氧化碳的量，根據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行計(jì)算，判斷水垢中碳酸鹽的組成；綜合整個(gè)探究過(guò)程，得出水垢主要成分的結(jié)論．

解答 解：（1）為檢驗(yàn)氫氧化鈣，取上層清液加入碳酸鈉溶液，無(wú)白色沉淀出現(xiàn)，說(shuō)明所取上層清液中不含氫氧化鈣；故答案為：Na₂CO₃溶液；
（2）操作③中從導(dǎo)管A處緩緩鼓入一定量空氣是為了將產(chǎn)生的二氧化碳全部被吸收；裝置Ⅰ是為了除去空氣的二氧化碳，防止對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響；
故答案為：將產(chǎn)生的二氧化碳全部被吸收；除去空氣的二氧化碳；
（3）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?xì)怏w的質(zhì)量；根據(jù)測(cè)量結(jié)果所得曲線(xiàn)，最終產(chǎn)生二氧化碳質(zhì)量為24g；
假設(shè)50g水垢全部為碳酸鈣或碳酸鎂，完全反應(yīng)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；
根據(jù)甲同學(xué)的實(shí)驗(yàn)，該水垢樣品中一定不含氫氧化鈣；根據(jù)乙同學(xué)的實(shí)驗(yàn)探究，該水垢樣品中一定含碳酸鎂；因此，水垢的主要成分應(yīng)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．

點(diǎn)評(píng) 根據(jù)裝置的特點(diǎn)及裝置中所盛放藥品的性質(zhì)，對(duì)裝置的作用進(jìn)行理解，是解決給出實(shí)驗(yàn)裝置類(lèi)探究問(wèn)題的一個(gè)重要手段．