Question

14．請你參與某學習小組進行研究性學習的過程，并協助完成相關任務：
【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，在加熱時，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、堿等的混合物）．同時，他們還查閱到下列有關物質的溶解性：

物質	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CaCO₃和，可能含有Ca（OH）₂和MgCO₃．
【設計方案】：
（1）甲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，取上層清液加入，沒有白色沉淀，說明水垢中無Ca（OH）₂；
（2）乙同學設計下列實驗裝置，進一步確定水垢中含有碳酸鹽的成分，步驟如下：
①按圖1組裝儀器，將50g水垢試樣放入錐形瓶中，加入足量某酸溶液；
②測量一定時間內干燥管內物質增加的質量（見下列曲線）；
③待錐形瓶中不再產生氣泡時，打開活塞B，從導管A處緩緩鼓入一定量的空氣；
④再次稱量干燥管內物質增加的質量；
⑤重復③和④的操作，直至干燥管內物質質量不變．

a．步驟①所加的酸溶液是稀鹽酸．
b．裝置Ⅱ的作用是吸收CO₂中的水；
從導管A處緩緩鼓入一定量的空氣的作用是使裝置中的二氧化碳全部被堿石灰吸．
c．研究性小組的同學通過簡單計算，認為水垢中一定含有MgCO₃，理由是即使50g水垢全部為CaCO₃，產生CO₂的質量應為22g，而實驗測得生成的CO₂質量＞22g．
【實驗結論】通過上述探究可知：水垢的主要成分有Mg（OH）₂、CaCO₃、MgCO₃．

Answer 1

分析 本實驗探究物質的組成成分以及含量，證明碳酸鹽（CO₃^2-檢驗方法），二氧化碳的化學性質，酸的物理性質及用途，堿的化學性質．
【提出猜想】：根據水垢的成分及題中所給物質的溶解性表可以提出猜想．
【設計方案】：（1）從檢驗鈣離子的方法上入手分析．
（2）a：根據實驗操作步驟分析即可；實驗室用稀鹽酸溶解碳酸鈣．
b：堿石灰是堿性干燥劑，可以吸收酸性氣體，氫氧化鈉可以吸收二氧化碳氣體．
c：從二氧化碳的量上去分析．
【實驗結論】：根據猜想和計算即可確定水垢的成分．

解答 解：【提出猜想】根據題意可知，水垢的主要成分為碳酸鹽、堿等物質的混合物，再結合物質的溶解性表可知，水垢中一定含Mg（OH）₂和CaCO₃，可能含有Ca（OH）₂和MgCO₃；
【設計方案】
（1）檢驗Ca²⁺要用可溶性的碳酸鹽，如Na₂CO₃溶液，因為二者能反應產生沉淀．
（2）a．由于水垢中存在有碳酸鈣，而硫酸與碳酸鈣反應會生成微溶于水的硫酸鈣，覆蓋在碳酸鈣的表面，阻止了反應的進一步進行，故溶解碳酸鹽一般用稀鹽酸；
b．因為該實驗是要通過測定生成二氧化碳的質量來確定水垢的成分，而從錐形瓶中出來的二氧化碳氣體是不干燥的，且都會被干燥管內的物質吸收，從而影響到結果的測定，所以二氧化碳氣體在進入干燥管之前必須經過干燥，濃硫酸恰可以用來干燥二氧化碳氣體；由于氣壓的原因，最后錐形瓶中會殘存有一定量的二氧化碳氣體，故從導管A處緩緩鼓入一定量的空氣嗎，可以使裝置中的所有二氧化碳都能被堿石灰所吸收．
c．根據化學方程式的計算可知，即使50g水垢全部為CaCO₃，產生CO₂的質量也僅為22g，而實驗測得生成的CO₂質量為24g，比22g多，所以水垢中一定還有MgCO₃．
【實驗結論】實驗猜想中已經確定有Mg（OH）₂和 CaCO₃，而根據（2）的計算可知還應該含有MgCO₃，故水垢的主要成分有Mg（OH）₂、CaCO₃和MgCO₃．
故答案為：
【提出猜想】Mg（OH）₂； MgCO₃；
【設計方案】
（1）Na₂CO₃溶液；
（2）a．稀鹽酸；
b．吸收CO₂中的水；使裝置中的二氧化碳全部被堿石灰吸收；
c．即使50g水垢全部為CaCO₃，產生CO₂的質量應為22g，而實驗測得生成的CO₂質量＞22g
【實驗結論】Mg（OH）₂、CaCO₃、MgCO₃．

點評 在解此類題時，首先要會分析題中所涉及的反應原理，然后結合反應原理和計算所要用到的數據進行分析解答．對于驗證型實驗探究，要熟記物質的性質或變化規律，根據給出的實驗設計方案，進行實驗、分析和探究，并通過觀察、記錄和分析的實驗現象，來驗證該物質的性質或變化規律等．