Question

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Ca²⁺、Mg²⁺、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】：
（1）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；
（2）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1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（见图2）；
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

考点：实验探究物质的组成成分以及含量,碱的化学性质,盐的化学性质,书写化学方程式、文字表达式、电离方程式

专题：科学探究

分析：本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．
提出猜想：根据水垢的成分及题中所给物质的溶解性表可以提出猜想．
设计方案：（1）从检验钙离子的方法上入手分析．
（2）a：根据实验操作步骤分析即可；实验室用稀盐酸溶解碳酸钙．
b：碱石灰是碱性干燥剂，可以吸收酸性气体，氢氧化钠可以吸收二氧化碳气体．
c：从二氧化碳的量上去分析．
实验结论：根据猜想和计算即可确定水垢的成分．

解答：解：【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

△   .

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．
故答案为：
【提出猜想】Mg（OH）₂； MgCO₃； Ca（HCO₃）₂

△   .

CaCO₃+CO₂↑+H₂O
【设计方案】
（1）Na₂CO₃溶液；
（2）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

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．