Question

12．某學習小組想探究熱水壺底部水垢的主要成分．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，在加熱條件下，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、堿的混合物）．同時，他們還查閱到有關物質的溶解性，認為水垢的主要成分一定含有Mg（OH）₂和CaCO₃，可能含有Ca（OH）₂和MgCO₃．
（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，取上層清液后加入Na₂CO₃溶液，沒有白色沉淀，說明水垢中無Ca（OH）₂；
（2）乙同學設計了如下實驗，進一步確定水垢中含有碳酸鹽的成分．按圖1組裝儀器，將50g水垢試樣研碎后放入錐形瓶中，加入足量某酸溶液，其主要實驗步驟如下：
①檢查裝置的氣密性后加藥物進行實驗
②測量一定時間內干燥管內物質增加的質量（見上邊圖2曲線）；
③待錐形瓶中不再產(chǎn)生氣泡時，打開活塞B，從導管A處緩緩鼓入空氣；
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．
討論：操作③中從導管A處緩緩鼓入一定量空氣的目的是將產(chǎn)生的二氧化碳全部被吸收，裝置Ⅰ的作用是除去空氣的二氧化碳．
（3）由該小組同學的探究可知，此水垢的主要成分是Mg（OH）₂、CaCO₃、MgCO₃．

Answer 1

分析 （1）利用氫氧化鈣能與可溶性碳酸鹽生成不溶性的碳酸鈣沉淀，可采取滴加碳酸鈉溶液的方法檢驗清液中是否含有氫氧化鈣；
（2）根據(jù)實驗裝置的作用進行分析解答即可；
（3）可利用碳酸鹽能與稀鹽酸反應放出氣體二氧化碳，通過干燥管內物質增加的質量測定水垢與足量稀鹽酸充分反應后所放出二氧化碳的量，根據(jù)化學方程式進行計算，判斷水垢中碳酸鹽的組成；綜合整個探究過程，得出水垢主要成分的結論．

解答 解：（1）為檢驗氫氧化鈣，取上層清液加入碳酸鈉溶液，無白色沉淀出現(xiàn)，說明所取上層清液中不含氫氧化鈣；故答案為：Na₂CO₃溶液；
（2）操作③中從導管A處緩緩鼓入一定量空氣是為了將產(chǎn)生的二氧化碳全部被吸收；裝置Ⅰ是為了除去空氣的二氧化碳，防止對實驗結果造成影響；
故答案為：將產(chǎn)生的二氧化碳全部被吸收；除去空氣的二氧化碳；
（3）干燥管內堿石灰因吸收二氧化碳而質量增加，干燥管增加的質量即為二氧化碳氣體的質量；根據(jù)測量結果所得曲線，最終產(chǎn)生二氧化碳質量為24g；
假設50g水垢全部為碳酸鈣或碳酸鎂，完全反應放出二氧化碳的質量分別為x、y．
CaCO₃～CO₂
100       44
50g        x
則$\frac{100}{44}=\frac{50g}{x}$，解得x=22g＜24g，因此水垢不能全部為碳酸鈣；
MgCO₃～CO₂
84            44
50g           y
則$\frac{84}{44}=\frac{50g}{y}$，解得y≈26.2g＞24g，因此水垢一定含有碳酸鎂；
根據(jù)甲同學的實驗，該水垢樣品中一定不含氫氧化鈣；根據(jù)乙同學的實驗探究，該水垢樣品中一定含碳酸鎂；因此，水垢的主要成分應為氫氧化鎂、碳酸鈣和碳酸鎂的混合物；故答案為：Mg（OH）₂、CaCO₃、MgCO₃．

點評 根據(jù)裝置的特點及裝置中所盛放藥品的性質，對裝置的作用進行理解，是解決給出實驗裝置類探究問題的一個重要手段．