Question

某校化学小组对热水壶底部水垢的主要成分进行了如下探究，请完成以下活动，并回答相关问题．
【查阅资料】天然水中含有Ca²⁺、Mg²⁺、HCO3^-等离子，在加热的条件下，这些离子趋于生成溶解度更小的物质-水垢（主要成分为碳酸盐和碱）．有关物质的溶解性见下表：

阴离子阳离子	OH-	CO32-	HCO3-
Ca2+	微溶	不溶	可溶
Mg2+	不溶	微溶	可溶

【提出猜想】
猜想一：水垢的成分是

 

猜想二：水垢的成分是CaCO₃、Mg（OH）₂、Ca（OH）₂
猜想三：水垢的成分是CaCO₃、Mg（OH）₂、MgCO₃
猜想四：水垢的成分是CaCO₃、Mg（OH）₂、Ca（OH）₂、MgCO₃
【方案设计】
方案一：确定水垢中是否含有氢氧化铜；方案二：确定水垢中是否含有碳酸镁．
【实验步骤】
（1）

实验步骤	实验现象	实验结论
在少量研碎的水垢中加入适量的蒸馏水充分搅拌、过滤，再往滤液中		水垢中含有氢氧化钙

（2）利用如图实验装置完成方案二的探究，其主要实验步骤如下：

Ⅰ．称量D、E装置的总质量为400.00 g．
Ⅱ．按如图组装后，将3 g水垢样品放入锥形瓶中，加入足量稀盐酸至锥形瓶中不再产生气泡，关闭分流漏斗活塞．
Ⅲ．打开止水夹K，从导管a处缓缓放入空气，一段时间后称量装置D、E的总质量为401.54g（碱石灰的主要成分为CaO和NaOH，不考虑装置内空气对实验的影响）．
根据实验回答下列问题：
①加入样品前应

 

，装置C的作用是

 

，反应结束后打开止水夹K，缓缓鼓入空气的目的是

 

．
②装置D中反应的化学方程式为

 

．
③装置B中生成CO₂的质量为

 

g，水垢中

 

含MgCO₃．
A．一定   B．一定不   C．可能．

Answer 1

考点：实验探究物质的组成成分以及含量,气体的净化（除杂）,碱的化学性质,盐的化学性质,书写化学方程式、文字表达式、电离方程式

专题：科学探究

分析：首先运用题中溶解性表分析得出提出猜想中的两个空，然后运用碳酸盐的化学性质解答实验1和实验2，最后用碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳这一化学反应解答（1）（2）题，运用极值法确定第（3）小题的答案．

解答：解：由题中溶解性表知碳酸钙和氢氧化镁不溶于水，其余的氢氧化钙、碳酸镁微溶，碳酸氢钙和碳酸氢镁都溶于水，故水垢的主要成分包括：CaCO₃、Mg（OH）₂
实验1：确定水垢中是否含有氢氧化钙，选用二氧化碳，二氧化碳能与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀而使溶液变浑浊，故填：

实验步骤	实验现象	实验结论
在少量研碎的水垢中加入适量的蒸馏水充分搅拌、过滤，再往滤液中 通入二氧化碳	变浑浊	水垢中含有氢氧化钙

（2）①通过产生的二氧化碳来确定碳酸钙的存在，则必须保证装置的气密性良好，C中盛有的是浓硫酸，浓硫酸能除去二氧化碳中的水，反应结束后打开止水夹K，缓缓鼓入空气的目的是 把B中的二氧化碳气体全部通入DE中，故填：检查装置的气密性，除去二氧化碳中的水，把B中的二氧化碳气体全部通入DE中；
②氢氧化钠能与二氧化碳反应生成碳酸钠和水，故填：CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O；
③生成二氧化碳的质量为：401.54g-400.00g=1.54g，设碳酸钙的质量为x
CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                  44
x                  1.54g

100

x

=

44

1.54g

x=3.5g
水垢中如不含碳酸镁，则碳酸钙的质量为3.5g，而水垢的质量是3g，故一定含有碳酸镁，故填：1.54，A

点评：既考查了实验也考查了根据化学方程式的计算，培养了学生实验分析能力和根据化学方程式计算能力及运用极值法解题的思想．