Question

（9分）請你參與某學習小組進行研究性學習的過程，并協助完成相關任務：

【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Ca^2＋、Mg^2＋、HCO₃^－等離子，在加熱時，這些離子趨于生成溶解度更小的物質—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的溶解性：

物  質	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受熱分解的化學方程式        。

【設計方案】：

⑴ 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；

⑵ 乙同學設計下列實驗裝置，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測量一定時間內干燥管內物質增加的質量（見下列曲線）；

③待錐形瓶中不再產生氣泡時，打開活塞B，從導管A處緩緩鼓入一定量的空氣；

④再次稱量干燥管內物質增加的質量；

⑤重復③和④的操作，直至干燥管內物質質量不變。

a．步驟①所加的酸溶液是                     。

b．裝置Ⅱ的作用是                                              ；

從導管A處緩緩鼓入一定量的空氣的作用是____________________。

c．研究性小組的同學通過簡單計算，認為水垢中一定含有MgCO₃，理由是          。

【實驗結論】通過上述探究可知：水垢的主要成分有                             。

 

Answer 1

【答案】

【提出猜想】Mg(OH)₂（1分）  MgCO₃； Ca（HCO₃）₂= CaCO₃+ CO₂↑+ H₂O

【設計方案】

⑴ Na₂CO₃溶液；

⑵ 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，產生CO₂的質量應為22g，而實驗測得生成的CO₂質量＞22g

【實驗結論】Mg(OH)₂、CaCO₃、MgCO₃

【解析】

試題分析：【提出猜想】根據題意可知，水垢的主要成分為碳酸鹽、堿等物質的混合物，再結合物質的溶解性表可知，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，故反應的化學方程式為Ca(HCO₃)₂  ^加熱  CaCO₃+CO₂↑+H₂O。

【設計方案】

（1）檢驗Ca²⁺要用可溶性的碳酸鹽，如Na₂CO₃溶液，因為二者能反應產生沉淀。

（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，阻止了反應的進一步進行，故溶解碳酸鹽一般用稀鹽酸；

b．因為該實驗是要通過測定生成二氧化碳的質量來確定水垢的成分，而從錐形瓶中出來的二氧化碳氣體是不干燥的，且都會被干燥管內的物質吸收，從而影響到結果的測定，所以二氧化碳氣體在進入干燥管之前必須經過干燥，濃硫酸恰可以用來干燥二氧化碳氣體；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氣體，故從導管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．根據化學方程式的計算可知，即使50g水垢全部為CaCO₃，產生CO₂的質量也僅為22g，而實驗測得生成的CO₂質量為24g，比22g多，所以水垢中一定還有MgCO₃。

【實驗結論】實驗猜想中已經確定有Mg(OH)₂和 CaCO₃，而根據(2)的計算可知還應該含有MgCO₃，故水垢的主要成分有Mg(OH)₂、CaCO₃和MgCO₃。

考點：實驗探究物質的組成成分以及含量，證明碳酸鹽（CO₃^2-檢驗方法），二氧化碳的化學性質，酸的物理性質及用途，堿的化學性質

點評：在解此類題時，首先要會分析題中所涉及的反應原理，然后結合反應原理和計算所要用到的數據進行分析解答。對于驗證型實驗探究，要熟記物質的性質或變化規律，根據給出的實驗設計方案，進行實驗、分析和探究，并通過觀察、記錄和分析的實驗現象，來驗證該物質的性質或變化規律等。