Question

3．小明暑假里去北京旅游，發(fā)現(xiàn)他所住賓館的電熱水壺里有很多水垢．水壺的水燒開后，水面還漂著一層白色的東西．他設法取了一些水垢，準備回校后與同學小軍一起做進一步的探究．
【研究課題】探究水壺底部水垢的主要成分，并通過實驗測定某主要成分的含量．

【查閱資料】小明通過查閱資料知道，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、堿等混合物）．同時，他還查閱到有關物質的溶解性：
【提出猜想】
（1）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．
【設計方案】
（2）小明同學在燒杯中放入少量研碎的水垢，加入適量蒸餾水，充分攪拌后，取適量上層清液于試管中，再滴加Na₂CO₃溶液，沒有白色沉淀產生，說明水垢中無Ca（OH）₂
（3）小軍設計了如圖甲所示的實驗裝置，測定水垢中碳酸鹽的含量．實驗步驟如下：
①按圖甲組裝儀器，將50克水垢試樣放入錐形瓶中，加入足量的某酸溶液． 該實驗中檢查裝置的氣密性的操作應在加入樣品前（選填“前”或“后”）進行．小軍所加的酸是稀鹽酸．
②測量5分鐘內干燥管內物質增加的質量，（如圖乙所示），從圖乙看出，第3.5分鐘～第5分鐘，干燥管內物質增加的質量都是16.5g，這說明水垢中的碳酸鹽已完全參與了反應．假設該水垢只含一種碳酸鹽，則該水垢中含該種碳酸鹽的質量分數(shù)為75%或63%．
（4）小明覺得小軍測得的該水垢中含該種碳酸鹽的質量分數(shù)與實際的含量相比會偏低，為減小實驗誤差，你采取的措施是從導管A處緩緩鼓入一定量的空氣．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題干信息來分析，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、堿等混合物）．
（2）根據(jù)氫氧化鈣的化學性質分析解答；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；
（3）對于有氣體生成或有氣體參加的化學反應，在實驗前就需要先檢查裝置的氣密性；并結合碳酸鹽的檢驗方法來分析；
氣體質量不再增加，說明反應已經結束，干燥管增重的質量即為碳酸鹽與稀鹽酸反應生成二氧化碳氣體的質量；
（4）根據(jù)水垢與稀鹽酸反應生成的二氧化碳氣體可能沒有被堿石灰完全吸收來分析．

解答 解：（1）天然水中的三種主要離子可以結合成碳酸氫鈣和碳酸氫鎂兩種主要物質，根據(jù)題干信息可知，在加熱的條件下，得到溶解度更小的碳酸鹽和堿的混合物，即：碳酸鈣、碳酸鎂、氫氧化鎂、氫氧化鈣等；故填：CaCO₃；MgCO₃；
（2）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：滴加Na₂CO₃溶液；
（3）①在向裝置中加入藥品進行實驗前，要檢查裝置的氣密性，以防裝置漏氣；利用碳酸鹽可與稀鹽酸完全反應放出二氧化碳，因此，所使用的酸應為稀動鹽酸；
故答案為：前；稀鹽酸；
②從圖乙看出，第3.5分鐘～第5分鐘，干燥管內物質增加的質量都是16.5g，這說明水垢中的碳酸鹽已完全參與了反應，增重的質量即為生成二氧化碳的質量．由題意可知，若水垢中的碳酸鹽只有一種，可先假設該碳酸鹽是碳酸鈣，則設碳酸鈣的質量為x
CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                  44
 x                  16.5g
$\frac{100}{44}=\frac{x}{16.5g}$
x=37.5g
則該水垢中含該種碳酸鈣的質量分數(shù)為：$\frac{37.5g}{50g}×100%$=75%；
若假設該碳酸鹽是碳酸鎂，則設碳酸鎂的質量為y
MgCO₃+2HCl=MgCl₂+H₂O+CO₂↑
84                  44
y                   16.5g
$\frac{84}{44}=\frac{y}{16.5g}$
y=31.5g
則該水垢中含該種碳酸鎂的質量分數(shù)為：$\frac{31.5g}{50g}×100%$=63%
故答案為：水垢中的碳酸鹽已完全參與了反應；75%或63%；
（4）若此方法時，少量的二氧化碳氣體存在于裝置內，沒有完全被堿石灰吸收，因此計算結果偏小，所以應從導管A處緩緩鼓入一定量的空氣，以保證生成的二氧化碳氣體被完全吸收；故填：從導管A處緩緩鼓入一定量的空氣．

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．