Question

天然水中一般都溶有Ca（HCO₃）₂、Mg（HCO₃）₂等物質(zhì)，在加熱條件下，這些溶解的物質(zhì)會變成溶解度更小的堿和碳酸鹽等其它物質(zhì)，所以熱水壺中常會形成由堿和碳酸鹽等組成的水垢．某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)對水垢的成分進行了如下研究．
【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(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Mg（OH）₂和CaCO₃，可能含有Ca（OH）₂和

 

．
【設(shè)計方案】（1）甲同學(xué)對是否含有Ca（OH）₂進行了實驗，請你幫他完成實驗報告：

實驗操作	實例現(xiàn)象	實驗結(jié)論
		水垢中無Ca（OH）2

（2）乙同學(xué)設(shè)計如圖1所示的裝置，利用一定量的水垢與足量的稀鹽酸反應(yīng)，待產(chǎn)生氣泡停止后，測量B裝置增加的質(zhì)量，從而推出混合物的組成．這種方案受到丙同學(xué)的反對，其反對的理由是

 

．

（3）丁同學(xué)將裝置進行了改進，采用圖2所示裝置進行實驗．其主要實驗步驟如下：
①按圖組裝儀器，將25g水垢試樣放入燒瓶中，加入足量鹽酸溶液；
②測量一定時間內(nèi)C裝置增加的質(zhì)量；
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C裝置增加的質(zhì)量；
⑤重復(fù)③和④的操作，直至C裝置中物質(zhì)質(zhì)量不變；
⑥測得C裝置增加的質(zhì)量為12g．
①B、E裝置中所盛試劑分別為

 

．
②待燒瓶中不再產(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，其目的是

 

．
【實驗結(jié)論】根據(jù)上述信息你認為該水垢的成分是

 

（寫化學(xué)式）

Answer 1

分析：提出猜想：水垢主要成分為不溶性或微溶性的碳酸鹽、堿等的混合物；結(jié)合溶解性表，分析表中不溶或微溶物，對水垢成分進行猜想；
設(shè)計方案：（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）圖1所示的裝置不夠嚴謹，會出現(xiàn)誤差不能正確推出混合物的組成；
（3）可利用碳酸鹽能與稀鹽酸反應(yīng)放出氣體二氧化碳，通過干燥管內(nèi)物質(zhì)增加的質(zhì)量測定水垢與足量稀鹽酸充分反應(yīng)后所放出二氧化碳的量，根據(jù)化學(xué)方程式進行計算，判斷水垢中碳酸鹽的組成；
實驗結(jié)論：綜合整個探究過程，得出水垢主要成分的結(jié)論．

解答：解：提出猜想：根據(jù)查閱到有關(guān)物質(zhì)的溶解性表，氫氧化鎂和碳酸鈣不溶，而氫氧化鈣和碳酸鎂微溶，因此，猜想水垢中一定含有不溶的氫氧化鎂和碳酸鈣，可能含有微溶的氫氧化鈣和碳酸鎂；
故答案為：MgCO₃；
設(shè)計方案：（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）圖1所示的裝置不夠嚴密，錐形瓶中還有剩余氣體出不來，沒與B中的溶液反應(yīng)；會出現(xiàn)誤差不能正確推出混合物的組成；
（3）①圖2裝置B中盛放的是濃硫酸可以吸收生成的二氧化碳氣體中混有的水，避免水對氣體質(zhì)量的測定產(chǎn)生影響；裝置E中盛放的氫氧化鈉溶液可除去空氣中的二氧化碳，避免在鼓入空氣時空氣中的二氧化碳影響對反應(yīng)生成二氧化碳質(zhì)量測定；
故答案為：濃硫酸，氫氧化鈉溶液；
②待燒瓶中不再產(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，其目的是：把A裝置中燒瓶中剩余的二氧化碳氣體趕盡；
干燥管內(nèi)堿石灰因吸收二氧化碳而質(zhì)量增加，干燥管增加的質(zhì)量即為二氧化碳氣體的質(zhì)量；根據(jù)測量結(jié)果所得曲線，最終產(chǎn)生二氧化碳質(zhì)量為12g；
假設(shè)25g水垢全部為碳酸鈣或碳酸鎂，完全反應(yīng)放出二氧化碳的質(zhì)量分別為x、y
CaCO₃～CO₂
100    44
25g     x 

100

25g

=

44

x

x=11g＜12g，因此水垢不能全部為碳酸鈣；
MgCO₃～CO₂
84     44
25g    y 

84

25g

=

44

y

y≈26.2g＞12g，因此水垢一定含有碳酸鎂；
實驗結(jié)論：根據(jù)甲同學(xué)的實驗，該水垢樣品中一定不含氫氧化鈣；根據(jù)乙同學(xué)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(yīng)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(zhì)，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．