Question

（9分）請你參與某學(xué)習(xí)小組進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)的過程，并協(xié)助完成相關(guān)任務(wù)：

【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(xué)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(zhì)—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(guān)物質(zhì)的溶解性：

物  質(zhì)	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(xué)方程式        。

【設(shè)計(jì)方案】：

⑴ 甲同學(xué)在燒杯中放入少量研碎的水垢，加入適量蒸餾水充分?jǐn)嚢瑁�取上層清液加�?u>              ，沒有白色沉淀，說明水垢中無Ca(OH)₂；

⑵ 乙同學(xué)設(shè)計(jì)下列實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)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(nèi)干燥管內(nèi)物質(zhì)增加的質(zhì)量（見下列曲線）；

③待錐形瓶中不再產(chǎn)生氣泡時，打開活塞B，從導(dǎo)管A處緩緩鼓入一定量的空氣；

④再次稱量干燥管內(nèi)物質(zhì)增加的質(zhì)量；

⑤重復(fù)③和④的操作，直至干燥管內(nèi)物質(zhì)質(zhì)量不變。

a．步驟①所加的酸溶液是                     。

b．裝置Ⅱ的作用是                                              ；

從導(dǎo)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(xué)通過簡單計(jì)算，認(rèn)為水垢中一定含有MgCO₃，理由是          。

【實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shè)計(jì)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(chǎn)生CO₂的質(zhì)量應(yīng)為22g，而實(shí)驗(yàn)測得生成的CO₂質(zhì)量＞22g

【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】Mg(OH)₂、CaCO₃、MgCO₃

【解析】

試題分析：【提出猜想】根據(jù)題意可知，水垢的主要成分為碳酸鹽、堿等物質(zhì)的混合物，再結(jié)合物質(zhì)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(yīng)的化學(xué)方程式為Ca(HCO₃)₂  ^加熱  CaCO₃+CO₂↑+H₂O。

【設(shè)計(jì)方案】

（1）檢驗(yàn)Ca²⁺要用可溶性的碳酸鹽，如Na₂CO₃溶液，因?yàn)槎�者能反�?yīng)產(chǎn)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(yīng)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(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，故溶解碳酸鹽一般用稀鹽酸；

b．因?yàn)樵搶?shí)驗(yàn)是要通過測定生成二氧化碳的質(zhì)量來確定水垢的成分，而從錐形瓶中出來的二氧化碳?xì)怏w是不干燥的，且都會被干燥管內(nèi)的物質(zhì)吸收，從而影響到結(jié)果的測定，所以二氧化碳?xì)怏w在進(jìn)入干燥管之前必須經(jīng)過干燥，濃硫酸恰可以用來干燥二氧化碳?xì)怏w；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?xì)怏w，故從導(dǎo)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(jù)化學(xué)方程式的計(jì)算可知，即使50g水垢全部為CaCO₃，產(chǎn)生CO₂的質(zhì)量也僅為22g，而實(shí)驗(yàn)測得生成的CO₂質(zhì)量為24g，比22g多，所以水垢中一定還有MgCO₃。

【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】實(shí)驗(yàn)猜想中已經(jīng)確定有Mg(OH)₂和 CaCO₃，而根據(jù)(2)的計(jì)算可知還應(yīng)該含有MgCO₃，故水垢的主要成分有Mg(OH)₂、CaCO₃和MgCO₃。

考點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)探究物質(zhì)的組成成分以及含量，證明碳酸鹽（CO₃^2-檢驗(yàn)方法），二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)，酸的物理性質(zhì)及用途，堿的化學(xué)性質(zhì)

點(diǎn)評：在解此類題時，首先要會分析題中所涉及的反應(yīng)原理，然后結(jié)合反應(yīng)原理和計(jì)算所要用到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析解答。對于驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)探究，要熟記物質(zhì)的性質(zhì)或變化規(guī)律，根據(jù)給出的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析和探究，并通過觀察、記錄和分析的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，來驗(yàn)證該物質(zhì)的性質(zhì)或變化規(guī)律等。