Question

（9分）请你参与某学习小组进行研究性学习的过程，并协助完成相关任务：

【研究课题】：探究热水壶底部水垢的主要成分

【查阅资料】：该小组同学通过查阅资料知道，天然水中一般都含有Ca^2＋、Mg^2＋、HCO₃^－等离子，在加热时，这些离子趋于生成溶解度更小的物质—水垢（主要成分为碳酸盐、碱等的混合物）。同时，他们还查阅到下列有关物质的溶解性：

物  质	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        。写出Ca(HCO₃)₂受热分解的化学方程式        。

【设计方案】：

⑴ 甲同学在烧杯中放入少量研碎的水垢，加入适量蒸馏水充分搅拌，取上层清液加入              ，没有白色沉淀，说明水垢中无Ca(OH)₂；

⑵ 乙同学设计下列实验装置，进一步确定水垢中含有碳酸盐的成分，步骤如下：

①按图组装仪器，将50g水垢试样放入锥形瓶中，加入足量某酸溶液；

②测量一定时间内干燥管内物质增加的质量（见下列曲线）；

③待锥形瓶中不再产生气泡时，打开活塞B，从导管A处缓缓鼓入一定量的空气；

④再次称量干燥管内物质增加的质量；

⑤重复③和④的操作，直至干燥管内物质质量不变。

a．步骤①所加的酸溶液是                     。

b．装置Ⅱ的作用是                                              ；

从导管A处缓缓鼓入一定量的空气的作用是____________________。

c．研究性小组的同学通过简单计算，认为水垢中一定含有MgCO₃，理由是          。

【实验结论】通过上述探究可知：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

【设计方案】

⑴ Na₂CO₃溶液；

⑵ a．稀盐酸；　

b．吸收CO₂中的水；  使装置中的二氧化碳全部被碱石灰吸收

c．即使50g水垢全部为CaCO₃，产生CO₂的质量应为22g，而实验测得生成的CO₂质量＞22g

【实验结论】Mg(OH)₂、CaCO₃、MgCO₃

【解析】

试题分析：【提出猜想】根据题意可知，水垢的主要成分为碳酸盐、碱等物质的混合物，再结合物质的溶解性表可知，水垢中一定含Mg(OH)₂和CaCO₃，可能含有Ca(OH)₂和MgCO₃；Ca(HCO₃)₂受热分解生成碳酸钙、水和二氧化碳，故反应的化学方程式为Ca(HCO₃)₂  ^加热  CaCO₃+CO₂↑+H₂O。

【设计方案】

（1）检验Ca²⁺要用可溶性的碳酸盐，如Na₂CO₃溶液，因为二者能反应产生沉淀。

（2）a．由于水垢中存在有碳酸钙，而硫酸与碳酸钙反应会生成微溶于水的硫酸钙，覆盖在碳酸钙的表面，阻止了反应的进一步进行，故溶解碳酸盐一般用稀盐酸；

b．因为该实验是要通过测定生成二氧化碳的质量来确定水垢的成分，而从锥形瓶中出来的二氧化碳气体是不干燥的，且都会被干燥管内的物质吸收，从而影响到结果的测定，所以二氧化碳气体在进入干燥管之前必须经过干燥，浓硫酸恰可以用来干燥二氧化碳气体；由于气压的原因，最后锥形瓶中会残存有一定量的二氧化碳气体，故从导管A处缓缓鼓入一定量的空气吗，可以使装置中的所有二氧化碳都能被碱石灰所吸收。

c．根据化学方程式的计算可知，即使50g水垢全部为CaCO₃，产生CO₂的质量也仅为22g，而实验测得生成的CO₂质量为24g，比22g多，所以水垢中一定还有MgCO₃。

【实验结论】实验猜想中已经确定有Mg(OH)₂和 CaCO₃，而根据(2)的计算可知还应该含有MgCO₃，故水垢的主要成分有Mg(OH)₂、CaCO₃和MgCO₃。

考点：实验探究物质的组成成分以及含量，证明碳酸盐（CO₃^2-检验方法），二氧化碳的化学性质，酸的物理性质及用途，碱的化学性质

点评：在解此类题时，首先要会分析题中所涉及的反应原理，然后结合反应原理和计算所要用到的数据进行分析解答。对于验证型实验探究，要熟记物质的性质或变化规律，根据给出的实验设计方案，进行实验、分析和探究，并通过观察、记录和分析的实验现象，来验证该物质的性质或变化规律等。