28、请你参与某学习小组进行研究性学习的过程，并协助完成相关任务：研究课题探究热水壶底部水垢的主要成分查阅资料该小组同学通过查阅资料知道，天然水中一般都含有Ca2

Question

28、请你参与某学习小组进行研究性学习的过程，并协助完成相关任务：
【研究课题】探究热水壶底部水垢的主要成分
【查阅资料】该小组同学通过查阅资料知道，天然水中一般都含有Ca ²⁺ 、Mg ²⁺ 、HCO ₃ ^- 等离子，在加热时，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、碱等的混合物），水垢中一定含有Mg（OH） ₂ 和CaCO ₃ ．同时，他们还查阅到下列有关物质的溶解性：

【提出猜想】水垢的主要成分除一定含有Mg（OH） ₂ 和CaCO ₃ 之外，还可能含有Ca（OH） ₂ 和

MgCO ₃

．
【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，取上层清液加入

Na ₂ CO ₃ 溶液

，没有白色沉淀，说明水垢中无Ca（OH） ₂ ；
（2）乙同学设计下列实验装置，进一步确定水垢中含有碳酸盐的成分，步骤如下：
①按图组装仪器，将50g水垢试样放入锥形瓶中，加入足量某酸溶液；
②测量一定时间内干燥管内物质增加的质量（见下列曲线）；
③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；
④再次称量干燥管内物质增加的质量；
⑤重复③和④的操作，直至干燥管内物质质量不变．


a．仪器D、E的名称分别是____ 、____ ；若要检查盛放浓硫酸的洗气瓶双孔塞上导气管与橡皮塞接触的地方（即上图装置中C处）是否漏气，应在装药品之____ （填“前”或“后”）检查，请写出检查C处是否漏气的方法：____ ．
b．步骤①所加的酸溶液是____ ；请写出水垢中难溶性物质与酸反应的化学方程式：

Mg（OH） ₂ +2HCl═MgCl ₂ +2H ₂ O

、

CaCO ₃ +2HCl═CaCl ₂ +CO ₂ ↑+2H ₂ O

；
c．装置Ⅱ的作用是

吸收CO ₂ 中的水

；从导管A处缓缓鼓入一定量的空气时，装置Ⅰ的作用是

除去空气中的CO ₂

．
d．研究性小组的同学通过简单计算，认为水垢中一定含有MgCO ₃ ，理由是

如果50g水垢全部为CaCO ₃ ，产生CO ₂ 的质量应为22g，而实验测得生成的CO ₂ 质量为24g，大于了22g，故一定含有50g固体与足量的稀盐酸反应生成的CO ₂ 质量大于22g的MgCO ₃

．
【实验结论】通过上述探究可知：水垢的主要成分有

Mg（OH） ₂ 、CaCO ₃ 、MgCO ₃

．

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，判断检验氢氧化钙是否存在所加入的试剂；（2）a．识别装置中常用仪器，并对装置的气密性进行检查；b．根据实验目的，判断装置中所加入的药品，并写出反应的化学方程式；c．根据装置内所盛放的药品，判断装置的作用；d．通过计算，分析出现质量偏大的可能原因；【实验结论】根据探究实验，分析水垢的组成．【提出猜想】碳酸镁微溶于水，因此水垢中可能含有碳酸镁；故答案为：MgCO3；【设计方案】（1）由溶解性表，要检查氢氧化钙是否存在，可利用向溶液中滴加碳酸钠溶液的方法，观察反应没有出现沉淀判断氢氧化钙的不存在；故答案为：Na2CO3溶液；（2）a．仪器D为添加液体药品的分液漏斗；而装置E用作反应容器的锥形瓶；在向装置中加入药品进行实验前，要检查装置的气密性；装置漏气主要是出现仪器连接处，因此，可在装置连接处滴少量水，用热毛巾对锥形瓶内气体升温，若装置C处没有气泡冒出，则说明装置气密性良好；故答案为：分液漏斗；锥形瓶；前；在C处导气管周围滴少量水，关闭B活塞和分液漏斗的活塞，将干燥管左边橡皮管用弹簧夹夹紧，用热毛巾捂锥形瓶，若C处有气泡冒出，说明C处漏气，若C处没有气泡冒出，说明C处不漏气；b．由于水垢中碳酸钙与硫酸反应生成微溶于水的硫酸钙会造成反应中止，因此在选择酸时不能选择稀硫酸；盐酸与氢氧化镁发生中和反应生成氯化镁和水，碳酸钙与盐酸发生复分解反应生成氯化钙、水和二氧化碳；故答案为：稀盐酸；Mg（OH）2+2HCl═MgCl2+2H2O、CaCO3+2HCl═CaCl2+CO2↑+2H2O；c．装置II中盛放的浓硫酸具有吸水性，在整个装置中起到吸收混在二氧化碳气体中的水的作用；装置I中盛放氢氧化钠溶液，可吸收空气中的二氧化碳，以除去空气二氧化碳防止对后面测定的影响；故答案为：吸收CO2中的水；除去空气中的CO2；d．设50g碳酸钙完全反应生成二氧化碳气体质量为xCaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑100                  4450g                  x100：44=50g：x解之得 x=22g而根据反应记录图，水垢完全反应放出二氧化碳的质量为24g＞22g；根据碳酸钙、碳酸镁与盐酸反应放出二氧化碳的关系：等质量的碳酸镁与酸反应放出气体质量大于碳酸钙，因此，水垢中应含有碳酸镁；故答案为：如果50g水垢全部为CaCO3，产生CO2的质量应为22g，而实验测得生成的CO2质量为24g，大于了22g，故一定含有50g固体与足量的稀盐酸反应生成的CO2质量大于22g的MgCO3；【实验结论】根据资料：水垢中一定含有Mg（OH）2和CaCO3；根据放出二氧化碳的质量为24g的实验数据，通过计算可判断水垢中一定含有碳酸镁；故水垢中含有Mg（OH）2、CaCO3、MgCO3三种物质；故答案为：Mg（OH）2、CaCO3、MgCO3．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．