Question

某校化学小组对热水壶底部水垢的主要成份进行了如下探究，请完成以下活动，并回答相关问题．
[查阅资料]天然水中含有Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-等离子，在加热条件下，这些离子趋于生成溶解度更小的物质----水垢（主要成份为碳酸盐和碱）．有关物质的溶解性见下表：
部分钙、镁化合物溶解性表（20℃）

阴离子 阳离子	OH^-	CO3^2-	HCO3^-
Ca^2+	微溶	不溶	可溶
Mg^2+	不溶	微溶	可溶

[提出猜想]
猜想一：水垢的成分是______
猜想二：水垢的成分是CaCO₃、Mg（OH）₂、Ca（0H）₂
猜想三：水垢的成分是CaCO₃、Mg（OH）₂、MgCO₃
猜想四：水垢的成分是CaCO₃、Mg（OH）₂、Ca（0H）₂   MgCO₃
[方案设计]
（1）确定水垢中是否含有氢氧化钙（2）确定水垢中是否含有碳酸镁
[实验步骤]
（1）

实验步骤	实验现象	实验结论
在少量研碎的水垢中加入适量的蒸馏水充分搅拌，过滤，再滤液中加入______溶液	有______产生	水垢中有 氢氧化钙

（2）利用如图实验装置完成（2）的探究，其主要实验步骤如下：

Ⅰ．称量D、E装置总质量为400.00g
Ⅱ．按上图组装后，将3g水垢样品放入锥形瓶中，加入足量稀盐酸至锥形瓶中不再产生气泡，关闭分液漏斗活塞
Ⅲ．打开止水夹K，从导管a处缓缓鼓入空气，一段时间后称量装置D、E的总质量为401.54g（碱石灰主要成份为CaO和NaOH，不考虑装置内空气对实验的影响）．
根据实验回答下列问题：
①加入样品前还应______，装置C的作用是______，反应结束后打开止水夹K，缓缓鼓入空气的目的是______
②装置D中的化学方程式为______
③装置B中生成CO₂的质量为______g，水垢中______含MgCO₃．
A．一定        B．一定不       C．可能       D．无法确定
[反思延伸]
如何证明水垢中确实有氢氧化镁，小华提出了自己的想法：
另取质量为3g的水垢，加入3.65%的稀盐酸与之反应，测得消耗稀盐酸Wg，结合以上实验结论，判断W的值满足______条件时，水垢中一定含有Mg（OH）₂．

Answer

[提出猜想]根据天然水中含有Ca2+、Mg2+、HCO3-等离子的信息和溶解性表回答．
[设计方案]根据碳酸钙难溶于水，氢氧化钙与碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠的性质回答．
[实验讨论]①使用或制取气体的实验要求先检查装置的气密性；根据浓硫酸的吸水性回答装置C的作用；反应前通入空气是为了排除装置中原空气中的二氧化碳，反应后通入空气是为了把反应生成的二氧化碳排到D中；②根据氢氧化钠能和二氧化碳反应书写装置D中的化学方程式；
（3）根据装置D的增重判断生成的二氧化碳的质量为1.54g；但3.0g碳酸钙根据方程式计算可生成的二氧化碳1.32g，所以含碳酸镁；
[反思延伸]：根据碳酸钙、碳酸镁、氢氧化镁与盐酸反应的方程式，分别计算它们3g消耗盐酸的质量，其中氢氧化镁消耗最多，其次为碳酸镁，假设3g全为碳酸镁，消耗盐酸70g，w＞70g时，定有氢氧化镁．
【解析】
[提出猜想]根据溶解性表，碳酸镁和氢氧化镁不溶，天然水中含有Ca2+、Mg2+、HCO3-等离子，碳酸盐的水溶液呈碱性，即含氢氧根离子，碳酸氢某受热易分解成碳酸某，所以水垢中定有CaCO3、Mg（OH）2．
[设计方案]根据碳酸钙难溶于水，加水溶解有不溶物，说明有碳酸钙；过滤时除去了碳酸钙，氢氧化钙与碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠，由于有沉淀生成，所以氢氧化钙．
[实验讨论]①使用或制取气体的实验要求先检查装置的气密性，所以加入样品前还应检查装置气密性；浓硫酸朋吸水性，装置C的作用干燥二氧化碳气体；反应前通入空气是为了排除装置中原空气中的二氧化碳，反应后通入空气是为了把反应生成的二氧化碳排到D中去吸收；
②碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙、水、二氧化碳，装置B中生成气体的化学方程式CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑；根据氢氧化钠和二氧化碳反应生成碳酸钠和水，装置D中的化学方程式2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O．
③装置D的增重判断生成的二氧化碳的质量为1.54g；但3.0g碳酸钙根据方程式计算可生成的二氧化碳1.32g，所以含碳酸镁；
[反思延伸]：碳酸钙、碳酸镁、氢氧化镁与盐酸反应的方程式，分别计算它们3g消耗盐酸的质量，其中氢氧化镁消耗最多，其次为碳酸镁，假设3g全为碳酸镁，消耗盐酸70g，即如没有氢氧化镁，3g水垢最多消耗盐酸为70g，当w＞70g时，一定有氢氧化镁．
故答案为：【提出猜想】CaCO3、Mg（OH）2；
【方案设计】【实验步骤】：
（1）Na2CO3；白色沉淀； 
（2）①检查装置气密性；吸水；使二氧化碳完全进入D、E 装置/被吸收； 
②CO2+2NaOH═Na2CO3+H2O；     
③1.54g； A    
【反思延伸】：w＞70g．