Question

28、請你參與某學(xué)習(xí)小組進行研究性學(xué)習(xí)的過程，并協(xié)助完成相關(guān)任務(wù)：
【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(xué)通過查閱資料知道，天然水中一般都含有Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-等離子，在加熱時，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），水垢中一定含有Mg（OH）₂和CaCO₃．同時，他們還查閱到下列有關(guān)物質(zhì)的溶解性：

【提出猜想】水垢的主要成分除一定含有Mg（OH）₂和CaCO₃之外，還可能含有Ca（OH）₂和

MgCO₃

．
【設(shè)計方案】
（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�取上層清液加�?div id="kac7mvh" class="quizPutTag">Na₂CO₃溶液

，沒有白色沉淀，說明水垢中無Ca（OH）₂；
（2）乙同學(xué)設(shè)計下列實驗裝置，進一步確定水垢中含有碳酸鹽的成分，步驟如下：
①按圖組裝儀器，將50g水垢試樣放入錐形瓶中，加入足量某酸溶液；
②測量一定時間內(nèi)干燥管內(nèi)物質(zhì)增加的質(zhì)量（見下列曲線）；
③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；
④再次稱量干燥管內(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．


a．儀器D、E的名稱分別是

分液漏斗

、

錐形瓶

；若要檢查盛放濃硫酸的洗氣瓶雙孔塞上導(dǎo)氣管與橡皮塞接觸的地方（即上圖裝置中C處）是否漏氣，應(yīng)在裝藥品之

前

（填“前”或“后”）檢查，請寫出檢查C處是否漏氣的方法：

在C處導(dǎo)氣管周圍滴少量水，關(guān)閉B活塞和分液漏斗的活塞，將干燥管左邊橡皮管用彈簧夾夾緊，用熱毛巾捂錐形瓶，若C處有氣泡冒出，說明C處漏氣，若C處沒有氣泡冒出，說明C處不漏氣

．
b．步驟①所加的酸溶液是

稀鹽酸

；請寫出水垢中難溶性物質(zhì)與酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：

Mg（OH）₂+2HCl═MgCl₂+2H₂O

、

CaCO₃+2HCl═CaCl₂+CO₂↑+2H₂O

；
c．裝置Ⅱ的作用是

吸收CO₂中的水

；從導(dǎo)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

．
d．研究性小組的同學(xué)通過簡單計算，認(rèn)為水垢中一定含有MgCO₃，理由是

如果50g水垢全部為CaCO₃，產(chǎn)生CO₂的質(zhì)量應(yīng)為22g，而實驗測得生成的CO₂質(zhì)量為24g，大于了22g，故一定含有50g固體與足量的稀鹽酸反應(yīng)生成的CO₂質(zhì)量大于22g的MgCO₃

．
【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】根據(jù)物質(zhì)的溶解性，對水垢的成分進行猜想；
【設(shè)計方案】（1）根據(jù)氫氧化鈣的性質(zhì)，判斷檢驗氫氧化鈣是否存在所加入的試劑；
（2）a．識別裝置中常用儀器，并對裝置的氣密性進行檢查；
b．根據(jù)實驗?zāi)康模�判斷裝置中所加入的藥品，并寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
c．根據(jù)裝置內(nèi)所盛放的藥品，判斷裝置的作用；
d．通過計算，分析出現(xiàn)質(zhì)量偏大的可能原因；
【實驗結(jié)論】根據(jù)探究實驗，分析水垢的組成．

解答：解：【提出猜想】碳酸鎂微溶于水，因此水垢中可能含有碳酸鎂；
故答案為：MgCO₃；
【設(shè)計方案】（1）由溶解性表，要檢查氫氧化鈣是否存在，可利用向溶液中滴加碳酸鈉溶液的方法，觀察反應(yīng)沒有出現(xiàn)沉淀判斷氫氧化鈣的不存在；
故答案為：Na₂CO₃溶液；
（2）a．儀器D為添加液體藥品的分液漏斗；而裝置E用作反應(yīng)容器的錐形瓶；在向裝置中加入藥品進行實驗前，要檢查裝置的氣密性；裝置漏氣主要是出現(xiàn)儀器連接處，因此，可在裝置連接處滴少量水，用熱毛巾對錐形瓶內(nèi)氣體升溫，若裝置C處沒有氣泡冒出，則說明裝置氣密性良好；
故答案為：分液漏斗；錐形瓶；前；在C處導(dǎo)氣管周圍滴少量水，關(guān)閉B活塞和分液漏斗的活塞，將干燥管左邊橡皮管用彈簧夾夾緊，用熱毛巾捂錐形瓶，若C處有氣泡冒出，說明C處漏氣，若C處沒有氣泡冒出，說明C處不漏氣；
b．由于水垢中碳酸鈣與硫酸反應(yīng)生成微溶于水的硫酸鈣會造成反應(yīng)中止，因此在選擇酸時不能選擇稀硫酸；鹽酸與氫氧化鎂發(fā)生中和反應(yīng)生成氯化鎂和水，碳酸鈣與鹽酸發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成氯化鈣、水和二氧化碳；
故答案為：稀鹽酸；Mg（OH）₂+2HCl═MgCl₂+2H₂O、CaCO₃+2HCl═CaCl₂+CO₂↑+2H₂O；
c．裝置II中盛放的濃硫酸具有吸水性，在整個裝置中起到吸收混在二氧化碳氣體中的水的作用；裝置I中盛放氫氧化鈉溶液，可吸收空氣中的二氧化碳，以除去空氣二氧化碳防止對后面測定的影響；
故答案為：吸收CO₂中的水；除去空氣中的CO₂；
d．設(shè)50g碳酸鈣完全反應(yīng)生成二氧化碳氣體質(zhì)量為x
CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                  44
50g                  x
100：44=50g：x
解之得 x=22g
而根據(jù)反應(yīng)記錄圖，水垢完全反應(yīng)放出二氧化碳的質(zhì)量為24g＞22g；根據(jù)碳酸鈣、碳酸鎂與鹽酸反應(yīng)放出二氧化碳的關(guān)系：等質(zhì)量的碳酸鎂與酸反應(yīng)放出氣體質(zhì)量大于碳酸鈣，因此，水垢中應(yīng)含有碳酸鎂；
故答案為：如果50g水垢全部為CaCO₃，產(chǎn)生CO₂的質(zhì)量應(yīng)為22g，而實驗測得生成的CO₂質(zhì)量為24g，大于了22g，故一定含有50g固體與足量的稀鹽酸反應(yīng)生成的CO₂質(zhì)量大于22g的MgCO₃；
【實驗結(jié)論】根據(jù)資料：水垢中一定含有Mg（OH）₂和CaCO₃；根據(jù)放出二氧化碳的質(zhì)量為24g的實驗數(shù)據(jù)，通過計算可判斷水垢中一定含有碳酸鎂；故水垢中含有Mg（OH）₂、CaCO₃、MgCO₃三種物質(zhì)；
故答案為：Mg（OH）₂、CaCO₃、MgCO₃．

點評：本題涉及基礎(chǔ)知識的儀器識別、裝置氣密性的檢查，還涉及較為復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析，難度跨度很大，在解答時要謹(jǐn)慎處理．