Question

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）乙同學設計了下列實驗裝置，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

g．
（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

．
（5）以上實驗

不能

（填“能夠”或“不能”）檢測出水垢中含有Mg（OH）₂．
【研究課題2】為測定氯化鈉樣品的純度，取30g氯化鈉樣品（雜質為氯化鈣）溶于水配制成263g溶液，再加入53g溶質質量分數為20%的碳酸鈉溶液，恰好完全反應．求：反應后所得溶液中溶質的質量分數．

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；
（5）根據此實驗沒有涉及到氫氧化鎂的檢驗進行解答；
【研究課題2】：根據碳酸鈉的質量求出氯化鈣的質量、生成氯化鈉的質量以及原混合物中氯化鈉的質量進而求出所得溶液中溶質的質量分數進行解答．

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

100

50g

=

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；
（5）此實驗沒有涉及到氫氧化鎂的檢驗，以上實驗不能檢測出水垢中含有Mg（OH）₂；
【研究課題2】：設生成碳酸鈣的質量為x，生成氯化鈉的質量為y，參加反應的氯化鈣的質量為z．
CaCl₂+Na₂CO₃ =CaCO₃↓+2NaCl  
111     106       100     117
z       53g×20%   x       y

111

z

=

106

53g×20%

 
z=11.1g

106

53g×20%

=

100

x

x=10g

106

53g×20%

=

117

y

y=11.7g
30g氯化鈉樣品中氯化鈉的質量=30g-11.1g=18.9g
所得溶液中溶質的質量分數=

11.7g+18.9g

263g+53g-10g

×100%=10%．
故答案為：【提出猜想】CaCO₃；【設計方案】（1）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；
（5）不能；
【研究課題2】：10%．

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．