Question

11．某化學研究小組進行研究性學習，請你協助完成相關任務．
【研究課題1】探究水壺內部水垢的主要成分
【查閱資料】（1）天然水中含有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--水垢（主要成分為碳酸鹽和堿）．天然水和水垢所含的物質及其溶解性如下表：

物  質	Ca（HCO3）2	Mg（HCO3）2	Ca（OH）2	Mg（OH）2	CaCO3	MgCO3[來源：]
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．
【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，靜置．取上層清液滴入Na₂CO₃溶液，如果沒有白色沉淀，說明水垢中無Ca（OH）₂（填化學式）．
（2）乙同學設計了如圖2實驗裝置，進一步確定水垢中含有碳酸鹽的成分．

其主要實驗步驟如下：
①按圖1組裝儀器，將50g水垢試樣放入錐形瓶中，逐滴加入足量稀鹽酸．
②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，使裝置內的氣體緩緩通過后面的裝置．
③稱量D瓶內物質增加的質量；
④重復②和③的操作，直至D瓶內物質質量不變．
測量滴加稀鹽酸體積與D瓶內物質增加質量的關系如圖3曲線所示；
【思考與評價】（1）當水中含較多可溶性鈣、鎂化合物的水叫硬水，生活中降低水的硬度的常用方法是：煮沸
（2）A瓶中的NaOH溶液作用是吸收空氣中的二氧化碳
（3）若50g水垢全部是碳酸鈣，則最終應該產生二氧化碳的質量是22克
（4）一般情況下，兩種不同金屬形成的碳酸鹽與足量鹽酸反應時，若兩金屬的化合價相同、兩種鹽的質量相同，則相對分子質量小者放出的氣體多．
分析曲線圖可知：水垢中一定含有MgCO₃（化學式）理由是：水垢中只有碳酸鈣時只生二氧化碳質量是22克，實際生成CO₂的質量是24g，大于22g，所以水垢中一定含有碳酸鎂．

Answer 1

分析 【提出猜想】根據物質的溶解性，對水垢的成分進行猜想；
【設計方案】（1）根據氫氧化鈣的性質能和碳酸鈉反應生成碳酸鈣沉淀判斷現象；
【思考與評價】（1）根據生活中降低水的硬度的常用方法是煮沸進行解答；
（2）根據實驗目A瓶中的NaOH溶液作用是吸收空氣中的二氧化碳進行解答；
（3）根據碳酸鈣質量求出二氧化碳的質量；
（4）根據水垢中只有碳酸鈣時只生二氧化碳質量是22g，實際生成CO₂的質量是24g，大于22g進行解答．

解答 解：【提出猜想】由物質的溶解性，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；
【設計方案】（1）氫氧化鈣能和碳酸鈉反應生成碳酸鈣沉淀，取上層清液滴入Na₂CO₃溶液，如果沒有白色沉淀，說明水垢中無Ca（OH）₂；
【思考與評價】（1）生活中降低水的硬度的常用方法是煮沸；
（2）實驗目A瓶中的NaOH溶液作用是吸收空氣中的二氧化碳；
（3）設產生二氧化碳的質量是x．
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+CO₂↑+H₂O
100               44
50g                x
$\frac{100}{50g}$=$\frac{44}{x}$
x=22g
答：產生二氧化碳的質量是22g；
（4）水垢中只有碳酸鈣時只生二氧化碳質量是22g，實際生成CO₂的質量是24g，大于22g，所以水垢中一定含有碳酸鎂．
故答案為：【提出猜想】CaCO₃；
【設計方案】Ca（OH）₂；
【思考與評價】（1）煮沸；
（2）吸收空氣中的二氧化碳；
（3）22g；
（4）MgCO₃；水垢中只有碳酸鈣時只生二氧化碳質量是22克，實際生成CO₂的質量是24g，大于22g，所以水垢中一定含有碳酸鎂．

點評 本題涉及基礎知識的儀器識別、裝置氣密性的檢查，還涉及較為復雜的數據分析，難度跨度很大，在解答時要謹慎處理．