Question

請你參與某學(xué)習(xí)小組進(jìn)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(shí)，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(shí)，他們還查閱到下列有關(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】：水垢的主要成分一定含有CaCO₃和

 

，可能含有Ca（OH）₂和

 

．寫出Ca（HCO₃）₂受熱分解的化學(xué)方程式

 

．
【設(shè)計(jì)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="zn7tnr7" class='quizPutTag' contenteditable='true'> 

，沒有白色沉淀，說明水垢中無Ca（OH）₂；
（2）乙同學(xué)設(shè)計(jì)下列實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)一步確定水垢中含有碳酸鹽的成分，步驟如下：
①按圖1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(shí)間內(nèi)干燥管內(nèi)物質(zhì)增加的質(zhì)量（見圖2）；
③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；
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．步驟①所加的酸溶液是

 

．
b．裝置Ⅱ的作用是

 

；
從導(dǎo)管A處緩緩鼓入一定量的空氣的作用是

 

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

 

．
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】通過上述探究可知：水垢的主要成分有

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)探究物質(zhì)的組成成分以及含量,堿的化學(xué)性質(zhì),鹽的化學(xué)性質(zhì),書寫化學(xué)方程式、文字表達(dá)式、電離方程式

專題：科學(xué)探究

分析：本實(shí)驗(yàn)探究物質(zhì)的組成成分以及含量，證明碳酸鹽（CO₃^2-檢驗(yàn)方法），二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)，酸的物理性質(zhì)及用途，堿的化學(xué)性質(zhì)．
提出猜想：根據(jù)水垢的成分及題中所給物質(zhì)的溶解性表可以提出猜想．
設(shè)計(jì)方案：（1）從檢驗(yàn)鈣離子的方法上入手分析．
（2）a：根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作步驟分析即可；實(shí)驗(yàn)室用稀鹽酸溶解碳酸鈣．
b：堿石灰是堿性干燥劑，可以吸收酸性氣體，氫氧化鈉可以吸收二氧化碳?xì)怏w．
c：從二氧化碳的量上去分析．
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：根據(jù)猜想和計(jì)算即可確定水垢的成分．

解答：解：【提出猜想】根據(jù)題意可知，水垢的主要成分為碳酸鹽、堿等物質(zhì)的混合物，再結(jié)合物質(zhì)的溶解性表可知，水垢中一定含Mg（OH）₂和CaCO₃，可能含有Ca（OH）₂和MgCO₃；Ca（HCO₃）₂受熱分解生成碳酸鈣、水和二氧化碳，故反應(yīng)的化學(xué)方程式為Ca（HCO₃）₂

△   .

CaCO₃+CO₂↑+H₂O．
【設(shè)計(jì)方案】
（1）檢驗(yàn)Ca²⁺要用可溶性的碳酸鹽，如Na₂CO₃溶液，因?yàn)槎�者能反�?yīng)產(chǎn)生沉淀．
（2）a．由于水垢中存在有碳酸鈣，而硫酸與碳酸鈣反應(yīng)會生成微溶于水的硫酸鈣，覆蓋在碳酸鈣的表面，阻止了反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，故溶解碳酸鹽一般用稀鹽酸；
b．因?yàn)樵搶?shí)驗(yàn)是要通過測定生成二氧化碳的質(zhì)量來確定水垢的成分，而從錐形瓶中出來的二氧化碳?xì)怏w是不干燥的，且都會被干燥管內(nèi)的物質(zhì)吸收，從而影響到結(jié)果的測定，所以二氧化碳?xì)怏w在進(jìn)入干燥管之前必須經(jīng)過干燥，濃硫酸恰可以用來干燥二氧化碳?xì)怏w；由于氣壓的原因，最后錐形瓶中會殘存有一定量的二氧化碳?xì)怏w，故從導(dǎo)管A處緩緩鼓入一定量的空氣嗎，可以使裝置中的所有二氧化碳都能被堿石灰所吸收．
c．根據(jù)化學(xué)方程式的計(jì)算可知，即使50g水垢全部為CaCO₃，產(chǎn)生CO₂的質(zhì)量也僅為22g，而實(shí)驗(yàn)測得生成的CO₂質(zhì)量為24g，比22g多，所以水垢中一定還有MgCO₃．
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】實(shí)驗(yàn)猜想中已經(jīng)確定有Mg（OH）₂和 CaCO₃，而根據(jù)（2）的計(jì)算可知還應(yīng)該含有MgCO₃，故水垢的主要成分有Mg（OH）₂、CaCO₃和MgCO₃．
故答案為：
【提出猜想】Mg（OH）₂； MgCO₃； Ca（HCO₃）₂

△   .

CaCO₃+CO₂↑+H₂O
【設(shè)計(jì)方案】
（1）Na₂CO₃溶液；
（2）a．稀鹽酸；
b．吸收CO₂中的水； 使裝置中的二氧化碳全部被堿石灰吸收
c．即使50g水垢全部為CaCO₃，產(chǎn)生CO₂的質(zhì)量應(yīng)為22g，而實(shí)驗(yàn)測得生成的CO₂質(zhì)量＞22g
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】Mg（OH）₂、CaCO₃、MgCO₃

點(diǎn)評：在解此類題時(shí)，首先要會分析題中所涉及的反應(yīng)原理，然后結(jié)合反應(yīng)原理和計(jì)算所要用到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析解答．對于驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)探究，要熟記物質(zhì)的性質(zhì)或變化規(guī)律，根據(jù)給出的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析和探究，并通過觀察、記錄和分析的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，來驗(yàn)證該物質(zhì)的性質(zhì)或變化規(guī)律等．