Question

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-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】水垢的主要成分除一定含有Mg（OH）₂和CaCO₃之外，還可能含有Ca（OH）₂和______．
【設計方案】
（1）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；
（2）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．儀器D、E的名稱分別是______、______；若要檢查盛放濃硫酸的洗氣瓶雙孔塞上導氣管與橡皮塞接觸的地方（即上圖裝置中C處）是否漏氣，應在裝藥品之______（填“前”或“后”）檢查，請寫出檢查C處是否漏氣的方法：______．
b．步驟①所加的酸溶液是______；請寫出水垢中難溶性物質與酸反應的化學方程式：______、______；
c．裝置Ⅱ的作用是______；從導管A處緩緩鼓入一定量的空氣時，裝置Ⅰ的作用是______．
d．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】分析：【提出猜想】根據物質的溶解性，對水垢的成分進行猜想；
【設計方案】（1）根據氫氧化鈣的性質，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．根據實驗目的，判斷裝置中所加入的藥品，并寫出反應的化學方程式；
c．根據裝置內所盛放的藥品，判斷裝置的作用；
d．通過計算，分析出現質量偏大的可能原因；
【實驗結論】根據探究實驗，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，觀察反應沒有出現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處導氣管周圍滴少量水，關閉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生成微溶于水的硫酸鈣會造成反應中止，因此在選擇酸時不能選擇稀硫酸；鹽酸與氫氧化鎂發生中和反應生成氯化鎂和水，碳酸鈣與鹽酸發生復分解反應生成氯化鈣、水和二氧化碳；
故答案為：稀鹽酸；Mg（OH）₂+2HCl═MgCl₂+2H₂O、CaCO₃+2HCl═CaCl₂+CO₂↑+H₂O；
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50g碳酸鈣完全反應生成二氧化碳氣體質量為x
CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                  44
50g                  x
100：44=50g：x
解之得 x=22g
而根據反應記錄圖，水垢完全反應放出二氧化碳的質量為24g＞22g；根據碳酸鈣、碳酸鎂與鹽酸反應放出二氧化碳的關系：等質量的碳酸鎂與酸反應放出氣體質量大于碳酸鈣，因此，水垢中應含有碳酸鎂；
故答案為：如果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質量為24g，大于了22g，故一定含有50g固體與足量的稀鹽酸反應生成的CO₂質量大于22g的MgCO₃；
【實驗結論】根據資料：水垢中一定含有Mg（OH）₂和CaCO₃；根據放出二氧化碳的質量為24g的實驗數據，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；
故答案為：Mg（OH）₂、CaCO₃、MgCO₃．
點評：本題涉及基礎知識的儀器識別、裝置氣密性的檢查，還涉及較為復雜的數據分析，難度跨度很大，在解答時要謹慎處理．