Question

11．某化学研究小组进行研究性学习，请你协助完成相关任务．
【研究课题1】探究水壶内部水垢的主要成分
【查阅资料】（1）天然水中含有Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-等离子，在加热条件下，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）．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（OH）2	Mg（OH）2	CaCO3	MgCO3[来源：]
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MgCO₃．
【设计方案】
（1）甲同学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，说明水垢中无Ca（OH）₂（填化学式）．
（2）乙同学设计了如图2实验装置，进一步确定水垢中含有碳酸盐的成分．

其主要实验步骤如下：
①按图1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，使装置内的气体缓缓通过后面的装置．
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瓶内物质质量不变．
测量滴加稀盐酸体积与D瓶内物质增加质量的关系如图3曲线所示；
【思考与评价】（1）当水中含较多可溶性钙、镁化合物的水叫硬水，生活中降低水的硬度的常用方法是：煮沸
（2）A瓶中的NaOH溶液作用是吸收空气中的二氧化碳
（3）若50g水垢全部是碳酸钙，则最终应该产生二氧化碳的质量是22克
（4）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．
分析曲线图可知：水垢中一定含有MgCO₃（化学式）理由是：水垢中只有碳酸钙时只生二氧化碳质量是22克，实际生成CO₂的质量是24g，大于22g，所以水垢中一定含有碳酸镁．

Answer 1

分析 【提出猜想】根据物质的溶解性，对水垢的成分进行猜想；
【设计方案】（1）根据氢氧化钙的性质能和碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀判断现象；
【思考与评价】（1）根据生活中降低水的硬度的常用方法是煮沸进行解答；
（2）根据实验目A瓶中的NaOH溶液作用是吸收空气中的二氧化碳进行解答；
（3）根据碳酸钙质量求出二氧化碳的质量；
（4）根据水垢中只有碳酸钙时只生二氧化碳质量是22g，实际生成CO₂的质量是24g，大于22g进行解答．

解答 解：【提出猜想】由物质的溶解性，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；
【设计方案】（1）氢氧化钙能和碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀，取上层清液滴入Na₂CO₃溶液，如果没有白色沉淀，说明水垢中无Ca（OH）₂；
【思考与评价】（1）生活中降低水的硬度的常用方法是煮沸；
（2）实验目A瓶中的NaOH溶液作用是吸收空气中的二氧化碳；
（3）设产生二氧化碳的质量是x．
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+CO₂↑+H₂O
100               44
50g                x
$\frac{100}{50g}$=$\frac{44}{x}$
x=22g
答：产生二氧化碳的质量是22g；
（4）水垢中只有碳酸钙时只生二氧化碳质量是22g，实际生成CO₂的质量是24g，大于22g，所以水垢中一定含有碳酸镁．
故答案为：【提出猜想】CaCO₃；
【设计方案】Ca（OH）₂；
【思考与评价】（1）煮沸；
（2）吸收空气中的二氧化碳；
（3）22g；
（4）MgCO₃；水垢中只有碳酸钙时只生二氧化碳质量是22克，实际生成CO₂的质量是24g，大于22g，所以水垢中一定含有碳酸镁．

点评 本题涉及基础知识的仪器识别、装置气密性的检查，还涉及较为复杂的数据分析，难度跨度很大，在解答时要谨慎处理．