Question

我區某中學化學研究性學習小組為了探究水垢的成因和主要成分，從教材和互聯網上查得如下資料：
Ⅰ．鍋爐用水硬度高了十分危險，因為鍋爐內結垢后不僅浪費燃料，而且會使鍋爐內管道局部過熱，易引起管道變形或損壞，嚴重時還可能引起爆炸．
Ⅱ．用適量的鹽酸可以將熱水瓶膽壁上的水垢[主要成分是Mg（OH）₂和CaCO₃]除去．
Ⅲ．天然水中一般都含有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．
（1）小李同學對該井水進行如下探究，其做法及結論合理的是______．（填序號）
A、用燒杯取少量該井水，加入適量肥皂水，攪拌，發現有較多浮渣產生，說明該井水為硬水．
B、用燒杯取少量井水，加入一定量活性炭，攪拌、過濾，可吸附井水中的鈣、鎂離子，并使井水軟化．
C、取較多井水，加熱煮沸，煮沸后的井水硬度降低．
（2）某同學為了粗略測定某鍋爐水垢中CaCO₃的質量分數，取6.0g 樣品，逐滴加入稀鹽酸至不再產生氣泡為止，共生成2.2g CO₂氣體．試計算樣品中CaCO₃的質量分數．
（3）若要計算上述反應所消耗的鹽酸溶液的質量分數，題中還缺少的一個數據是______．
（4）乙同學設計了下列實驗裝置進一步探究水垢的成分．其主要操作步驟如下：
①按圖組裝儀器，將50g水垢試樣放入錐形瓶中，加入足量某酸溶液；
②測量一定時間內干燥管內物質增加的質量（見下列曲線）；
③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；
④再次稱量干燥管內物質增加的質量；
⑤重復③和④的操作，直至干燥管內物質質量不變．

研究性小組的同學通過簡單計算，認為水垢中一定含有少量MgCO₃，理由是______．

Answer 1

解：（1）通常使用肥皂水區別硬水與軟水，由于井水有較多浮渣產生，可判斷該井水為硬水；活性炭只能除去水中有色、有味雜質而不能減少鈣、鎂離子含量，即不能使用活性炭來降低水的硬度；通過加熱可使水中鈣、鎂離子形成沉淀而減小水的硬度；故AC的做法及結論合理；
故答案為：AC；
（2）設6.0g鍋爐水垢樣品中CaCO₃的質量為x
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100 44
x 2.2g
x=5.0g
鍋爐水垢樣品中碳酸鈣的質量分數=×100%=83.3%
答：鍋爐水垢樣品中碳酸鈣的質量分數為83.3%．
（3）根據反應生成二氧化碳的質量可計算中所使用稀鹽酸中溶質的質量，但因缺少稀鹽酸溶液的質量而不能計算出稀鹽酸的溶質質量分數；
（4）由實驗數據可得，反應放出二氧化碳的質量為24g；假設50g水垢全部為碳酸鈣，設與鹽酸反應所產生二氧化碳的質量為y
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100 44
50g y
= y=22g＜24g
即使水垢全部為碳酸鈣，與鹽酸完全反應后所產生二氧化碳質量還小于實驗中所測定的二氧化碳氣體，因此，水垢中應含有能產生出更多二氧化碳的碳酸鎂；
故答案為：
（3）稀鹽酸的質量（其他合理答案也可）；
（4）即使50g水垢全部為CaCO₃，產生CO₂的質量應為22g，而實驗測得生成的CO₂質量＞22g．
分析：（1）分析做法的目的，根據所進行的操作或所選用的藥品，判斷是否可達到最初設想；
（2）根據反應的化學方程式，由生成二氧化碳的質量計算樣品中碳酸鈣的質量，求得樣品中碳酸鈣的質量分數；
（3）根據計算溶液的溶質質量分數的方法，推斷還缺少的計算數據；
（4）根據題意，干燥管因吸收二氧化碳質量增加，根據所測得增加量可得到反應放出二氧化碳的質量，通過計算比較水垢中碳酸鈣放出二氧化碳質量與所測得二氧化碳質量的關系，對判斷進行解釋．
點評：本題是借助于數學模型，利用圖表的方式來分析和解決化學計算中的有關問題，要求學生有較強的識圖能力和數據分析能力．