5.探究水壶内部水垢的主要成分
小花和小红同学非常善于进行实验探究,他们发现长期使用的热水壶底部有一层水垢,小花想这层水垢的主要成分是什么?围绕这个问题,他们展开了探究,请你也参入到他们的学习过程,并协助完成相关任务.
【提出问题】热水壶底部水垢的主要成分是什么?
【查阅资料】通过查阅资料知道,天然水和水垢所含的物质及其溶解性如下表:
物质 | Ca(HCO3)2 | Mg(HCO3)2 | Ca(0H)2 | Mg(0H)2 | CaCO3 | MgCO3 |
溶解性 | 可溶 | 可溶 | 微溶 | 不溶 | 不溶 | 微溶 |
【提出猜想】通过分析,他们认为水垢的主要成分中一定含有Mg(0H)
2和CaCO
3(写化学式,下同),可能含有Ca(OH)
2和MgCO
3.
【设计方案,进行实验】
(1)小花在烧杯中放入少量研碎的水垢,加入适量蒸馏水充分搅拌,静置.取上层清液滴入Na
2CO
3溶液,如果没有白色沉淀生成,说明水垢中不含有Ca(0H)
2(填化学式).
(2)欲证明水垢中含有碳酸盐的实验方法是取少量水垢于试管中,向试管中加入稀盐酸,有气泡产生,把生成的气体通入澄清石灰水中,石灰水变浑浊.
(3)为了进一步确定水垢中含有碳酸盐的成分,他们设计了如图1实验装置.
Ⅰ.小花和小红的主要实验步骤如下:
①按上图所示组装仪器,将50g水垢试样放入锥形瓶中,逐滴加入足量稀盐酸.
②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.
③称量D瓶内物质增加的质量.
④重复②和③的操作,直至D瓶内物质的质量不变.
经过上述实验,他们测量滴加稀盐酸的体积与
D瓶内物质增加质量的关系如图2曲线所示.
Ⅱ.小花和小红另取50g碳酸钙放入锥形瓶中,利用上述装置,重复Ⅰ中①~④的操作,称量D瓶内物质增加的质量是22g.
【实验评价】
(1)A瓶中的NaOH溶液起到吸收空气中二氧化碳的作用.若A瓶中无NaOH溶液,D瓶中的质量将增大(填“增大”、“不变”或“减小”),D瓶中发生反应的化学方程式为2NaOH+CO
2=Na
2CO
3+H
2O.C瓶中浓硫酸的作用是除去二氧化碳气体中的水蒸气.
(2)在实验Ⅰ与Ⅱ中,小花、小红运用了化学实验中的对比试验方法.
(3)一般情况下,两种不同金属形成的碳酸盐与足量盐酸反应时,若两种金属的化合价相同、两种盐的质量相同,则相对分子质量小者放出的气体多.分析实验Ⅰ与Ⅱ可知,水垢中一定含有MgCO
3(填化学式),理由是50g碳酸钙与盐酸反应放出二氧化碳22g,而50g水垢与盐酸反应实际生成二氧化碳的质量是24g,大于22g,所以水垢中一定含有碳酸镁.
(4)以上实验不能(填“能够”或“不能”) 检测出水垢中是否含有Mg(OH)
2.
【拓展延伸】
小花和小红从化学课上得知大理石的主要成分也是碳酸钙,为了探究大理石中碳酸钙的含量,两位同学另取20g大理石样品放入锥形瓶中,同样利用上述装置,重复Ⅰ中①~④的操作,称量D瓶内物质增加的质量是4.4g.请根据题目中提供的数据,计算大理石样品中碳酸钙的质量分数.