探究水壶内部水垢的主要成分小花和小红同学非常善于进行实验探究.他们发现长期使用的热水壶底部有一层水垢.小花想这层水垢的主要成分是什么?围绕这个问题.他们展开了探究.请你也参入到他们的学习过程.并协助完成相关任务．[提出问题]热水壶底部水垢的主要成分是什么?[查阅资料]通过查阅资料知道.天然水和水垢所含的物质及其溶� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

5．探究水壶内部水垢的主要成分
小花和小红同学非常善于进行实验探究，他们发现长期使用的热水壶底部有一层水垢，小花想这层水垢的主要成分是什么？围绕这个问题，他们展开了探究，请你也参入到他们的学习过程，并协助完成相关任务．
【提出问题】热水壶底部水垢的主要成分是什么？
【查阅资料】通过查阅资料知道，天然水和水垢所含的物质及其溶解性如下表：

物质	Ca（HCO₃）₂	Mg（HCO₃）₂	Ca（0H）₂	Mg（0H）₂	CaCO₃	MgCO₃
溶解性	可溶	可溶	微溶	不溶	不溶	微溶

【提出猜想】通过分析，他们认为水垢的主要成分中一定含有Mg（0H）₂和CaCO₃（写化学式，下同），可能含有Ca（OH）₂和MgCO₃．
【设计方案，进行实验】
（1）小花在烧杯中放入少量研碎的水垢，加入适量蒸馏水充分搅拌，静置．取上层清液滴入Na₂CO₃溶液，如果没有白色沉淀生成，说明水垢中不含有Ca（0H）₂（填化学式）．
（2）欲证明水垢中含有碳酸盐的实验方法是取少量水垢于试管中，向试管中加入稀盐酸，有气泡产生，把生成的气体通入澄清石灰水中，石灰水变浑浊．
（3）为了进一步确定水垢中含有碳酸盐的成分，他们设计了如图1实验装置．

Ⅰ．小花和小红的主要实验步骤如下：
①按上图所示组装仪器，将50g水垢试样放入锥形瓶中，逐滴加入足量稀盐酸．
②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．
③称量D瓶内物质增加的质量．
④重复②和③的操作，直至D瓶内物质的质量不变．
经过上述实验，他们测量滴加稀盐酸的体积与
D瓶内物质增加质量的关系如图2曲线所示．
Ⅱ．小花和小红另取50g碳酸钙放入锥形瓶中，利用上述装置，重复Ⅰ中①～④的操作，称量D瓶内物质增加的质量是22g．
【实验评价】
（1）A瓶中的NaOH溶液起到吸收空气中二氧化碳的作用．若A瓶中无NaOH溶液，D瓶中的质量将增大（填“增大”、“不变”或“减小”），D瓶中发生反应的化学方程式为2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O．C瓶中浓硫酸的作用是除去二氧化碳气体中的水蒸气．
（2）在实验Ⅰ与Ⅱ中，小花、小红运用了化学实验中的对比试验方法．
（3）一般情况下，两种不同金属形成的碳酸盐与足量盐酸反应时，若两种金属的化合价相同、两种盐的质量相同，则相对分子质量小者放出的气体多．分析实验Ⅰ与Ⅱ可知，水垢中一定含有MgCO₃（填化学式），理由是50g碳酸钙与盐酸反应放出二氧化碳22g，而50g水垢与盐酸反应实际生成二氧化碳的质量是24g，大于22g，所以水垢中一定含有碳酸镁．
（4）以上实验不能（填“能够”或“不能”）检测出水垢中是否含有Mg（OH）₂．
【拓展延伸】
小花和小红从化学课上得知大理石的主要成分也是碳酸钙，为了探究大理石中碳酸钙的含量，两位同学另取20g大理石样品放入锥形瓶中，同样利用上述装置，重复Ⅰ中①～④的操作，称量D瓶内物质增加的质量是4.4g．请根据题目中提供的数据，计算大理石样品中碳酸钙的质量分数．

分析【提出猜想】
根据表中提供的数据可以判断水垢的组成；
碳酸钠和氢氧化钙反应生成白色沉淀碳酸钙和氢氧化钠；
碳酸盐能和稀盐酸反应生成能使澄清石灰水变浑浊的气体二氧化碳；
【实验评价】
氢氧化钠能够吸收二氧化碳，并且能和二氧化碳反应生成碳酸钠和水；
浓硫酸具有吸水性，可以用作氢气、氧气、二氧化碳等气体的干燥剂；
根据提供的信息可以进行相关方面的判断．
【拓展延伸】根据二氧化碳的质量进行计算碳酸钙的质量，进一步计算大理石样品中碳酸钙的质量分数．

解答解：【提出猜想】
通过分析知道，氢氧化镁和碳酸钙都不溶于水，氢氧化钙和碳酸镁都微溶于水，因此水垢的主要成分中一定含有Mg（0H）₂和CaCO₃，可能含有Ca（OH）₂和MgCO₃．
故填：CaCO₃；MgCO₃．
【设计方案，进行实验】
（1）取上层清液滴入Na₂CO₃溶液，如果没有白色沉淀生成，说明水垢中不含有Ca（0H）₂．
故填：Ca（0H）₂．
（2）欲证明水垢中含有碳酸盐的实验方法是：取少量水垢于试管中，向试管中加入稀盐酸，有气泡产生，把生成的气体通入澄清石灰水中，石灰水变浑浊．
故填：取少量水垢于试管中，向试管中加入稀盐酸，有气泡产生，把生成的气体通入澄清石灰水中，石灰水变浑浊．
【实验评价】
（1）A瓶中的NaOH溶液起到吸收空气中二氧化碳的作用；
若A瓶中无NaOH溶液，空气中的部分二氧化碳会被氢氧化钠溶液吸收，会导致D瓶中的质量增大；
D瓶中发生反应的化学方程式为：2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O；
C瓶中浓硫酸的作用是除去二氧化碳气体中的水蒸气．
故填：吸收空气中二氧化碳的；增大；2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O；除去二氧化碳气体中的水蒸气．
（2）在实验I与II中，小花、小红运用了化学实验中的对比试验方法．
故填：对比试验．
（3）因为50g碳酸钙与盐酸反应放出二氧化碳22g，而50g水垢与盐酸反应实际生成二氧化碳的质量是24g，大于22g，所以水垢中一定含有碳酸镁．
故填：MgCO₃；50g碳酸钙与盐酸反应放出二氧化碳22g，而50g水垢与盐酸反应实际生成二氧化碳的质量是24g，大于22g，所以水垢中一定含有碳酸镁．
（4）以上实验不能检测出水垢中是否含有Mg（OH）₂．
故填：不能．
【拓展延伸】
设：样品中碳酸钙的质量为X
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100 44
X 4.4g
$\frac{100}{X}$=$\frac{44}{4.4g}$
解得：X=10g
大理石样品中碳酸钙的质量分数是：$\frac{10g}{20g}$×100%=50%
答：大理石样品中碳酸钙的质量分数是50%