Question

【題目】熱水瓶用久后，瓶膽內壁附著一層水垢，其成分為碳酸鈣、氫氧化鎂及少量水， 實驗室現有一瓶水垢樣品，為測定其中各成分的質量分數，某化學興趣小組的同學用如圖所示裝置進行實驗（該裝置氣密性良好，A、C、D、E 中所裝藥品足量）。已知堿石灰是氧化鈣和氫氧化鈉的混合物，加熱條件下，氫氧化鎂易分解，反應方程式為：Mg（OH）2MgO + H2 O。

部分實驗步驟如下：

Ⅰ.將質量為 m 的樣品裝入裝置 B 的玻璃管中，按圖連接好裝置，關閉彈簧夾，給樣品加熱；

Ⅱ.待樣品完全反應，先打開彈簧夾通入空氣，再熄滅酒精燈，直到玻璃管冷卻；

Ⅲ.實驗完畢，測得裝置 C、D 中的液體質量分別增加了m1、m2；

Ⅳ.根據實驗所測數據計算該樣品中碳酸鈣、氫氧化鎂及水的質量分數。 請回答下列問題：

（1）裝置 C 中所裝藥品為____________。

（2）裝置 E 的作用為____________。

（3）裝置 D 中反應的方程式為____________。

（4）該水垢樣品中碳酸鈣的質量分數表達式為____________。

（5）實驗反思：實驗步驟不變，若沒有裝置 A，會導致碳酸鈣的測定結果____________（填“偏大”、“偏小”或“無法判斷，下同”），若沒有裝置 E，會導致氫氧化鎂的測得結果____________。

Answer 1

【答案】濃硫酸 吸收空氣中的二氧化碳和水蒸氣防止進入裝置D。 CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O 偏大 偏小

【解析】

裝置A中的堿石灰主要是為了排除空氣中的水蒸氣和二氧化碳的干擾，在裝置B中加熱樣品會產生氣體二氧化碳和水蒸氣，實驗目的是為了計算該樣品中碳酸鈣、氫氧化鎂和水的質量分數，所以我們需要測得生成的水和二氧化碳的質量。

（1）裝置D中的氫氧化鈉溶液主要是為了測得生成的二氧化碳的質量，所以裝置C中的溶液應該可以測得生成的水的質量，故應為濃硫酸，故填：濃硫酸。

（2）裝置E可吸收空氣中的二氧化碳和水蒸氣防止進入裝置D對測量結果造成影響，故填：吸收空氣中的二氧化碳和水蒸氣防止進入裝置D。

（3）裝置D中的氫氧化鈉溶液吸收生成的二氧化碳生成碳酸鈉和水，其化學方程式為CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O，故填：CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O。

（4）D液體增加的質量實際上是碳酸鈣分解生成的二氧化碳的質量，設碳酸鈣質量為x。

故水垢樣品中碳酸鈣的質量分數表達式為：

（5）若沒有裝置 A，空氣中的二氧化碳會被D吸收，m2偏大，碳酸鈣質量偏大，會導致碳酸鈣的測定結果偏大，若沒有裝置 E，空氣中的水蒸氣二氧化碳進入D，同理會導致m2偏大，碳酸鈣質量偏大，會導致碳酸鈣的測定結果偏大，則氫氧化鎂的測得結果偏小，故填：偏大；偏小。