Question

【題目】浴室噴頭長時間使用會有白色固體附著，俗稱水垢。這是因為硬水中含有較多的可溶性的碳酸氫鈣【Ca(HCO3)2】,還含有可溶性的碳酸氫鎂【Mg(HCO3)2】。查閱資料，加熱時會產生難溶性的固體。其中碳酸氫鈣【Ca(HCO3)2】受熱易分解，生成難溶性的化合物、氣體等物質。某小組想探究碳酸氫鈣受熱分解后產物的成分。

【提出猜想】猜想1．難溶性化合物可能是CaCO3；猜想2．氣體可能是H2、CO、CO2 。

【方案設計】請你設計實驗，幫助該組同學確定難溶物的成分。

實驗步驟	實驗現象	結論
_____	_______	難溶物是CaCO3

【實驗探究】該組同學設計如圖實驗，繼續探究氣體的成分。

操作1．加熱A裝置，一段時間后，B裝置中的澄清石灰水變渾濁。

操作2．在a處用燃著的木條檢驗，無明顯現象。

【實驗結論】結論1．碳酸氫鈣分解產生的氣體是____________；

結論2．碳酸氫鈣受熱分解的化學方程式為_____________________________。

【反思評價】有同學提出：硬水中可溶性的碳酸氫鎂【Mg(HCO3)2】受熱也會產生不溶性的固體，那水垢的成分中還有什么物質？根據上述探究，該組同學設計如下圖裝置進一步實驗。（已知堿石灰主要成分為CaO和NaOH）

【實驗測定】 步驟如下：

①按圖組裝儀器，先_____________，再將50g水垢樣品放入錐形瓶中。

②打開止水夾K，從導管a處緩緩鼓入一定量的空氣。

③逐滴加入足量稀鹽酸，待錐形瓶中出現氣泡不再產生現象時，停止滴加稀鹽酸。

④打開止水夾K，從導管a處緩緩鼓入一定量的空氣；

⑤稱量D瓶內物質增加的質量，直至D瓶內物質質量不變；

⑥測量滴加稀鹽酸體積與D瓶內物質增加質量的關系如下圖曲線所示。

【討論交流】

①A裝置中的NaOH溶液的作用是____________________，若沒有A裝置，D裝置中的質量將_______________（填“偏大”、“不變”或“偏小”）。

②C裝置中濃硫酸的作用是__________________，E裝置的作用是____________________。

③分析曲線圖，通過計算可知：水垢中一定含有（化學式）________，理由是________________。

④查閱資料：水垢的主要成分有CaCO3、MgCO3和Mg(OH)2三種成分，三種物質加熱后均能生成兩種氧化物。小組同學提出探究水垢中氫氧化鎂的質量分數：另取質量為50g的水垢試樣，放入試管中加熱至質量不再減少為止，測得二氧化碳24 g，殘留固體25.1g。結合以上數據，確定水垢樣品中氫氧化鎂的質量分數為_______________。（結果保留小數點后一位）

Answer 1

【答案】 取樣，滴加稀鹽酸 有氣泡產生 CO2 Ca(HCO3)2 CaCO3 ↓+ CO2↑+H2O 檢查裝置氣密性 吸收鼓入空氣中的二氧化碳 偏大 吸水干燥 吸收外界空氣中CO2 和H2O MgCO3 （或CaCO3和MgCO3） 若只有CaCO3則50g只能生成CO222g，測定生成的CO224g，則一定還有MgCO3 5.8%

【解析】 (1).碳酸鹽能與酸反應生成二氧化碳，所以 取樣，滴加稀鹽酸，有氣泡產生，可證明難溶物是CaCO3； (3). ．碳酸氫鈣分解產生氣體CO2 、碳酸鈣、水；反應方程式為：Ca(HCO3)2 CaCO3 ↓+ CO2↑+H2O ； (5). 做實驗時要先檢查裝置氣密性，然后再加入藥品； (6). A裝置中的NaOH溶液的作用是吸收鼓入空氣中的二氧化碳，因二氧化碳和氫氧化鈉反應生成碳酸鈉和水； (7). 若沒有A裝置，D裝置將吸收空氣中的二氧化碳，導致質量偏大 (8). 濃硫酸有吸水性，可吸水干燥二氧化碳； (9). E裝置的作用是吸收外界空氣中CO2 和H2O ；D裝置中的質量將吸收空氣中的二氧化碳，導致質量偏大 (10). 水垢的成分是碳酸鈣和氫氧化鎂；每碳酸鈣完全反應生成44g二氧化碳，每84g碳酸鎂完全反應生成44g二氧化碳，因為若只有CaCO3則50g只能生成CO222g，測定生成的CO224g，則一定還有MgCO3 (12). 碳酸鎂在加熱條件分解生成氧化鎂和二氧化碳，碳酸鈣在加熱條件下生成二氧化碳和氧化鈣，氫氧化鎂加熱條件下分解生成氧化鎂和水；所以加熱后減少的是水的二氧化碳的總量；質量為50g的水垢試樣，放入試管中加熱至質量不再減少為止，殘留固體25.1g ，則生成二氧化碳和水的總量為：50g-25.1g=24.9g,測得二氧化碳24 g，所以水的質量為0.9g。氫氧化鎂可看做MgOH2O，氫氧化鎂的質量為：0.9g÷（18÷58×100%）=2.9g；水垢樣品中氫氧化鎂的質量分數為2.9g ÷50g×100%=5.8%。