Question

某校化學小組對熱水壺底部水垢的主要成分進行了如下探究，請完成以下活動，并回答相關問題．
【查閱資料】水垢的主要成分有Mg（OH）₂、CaCO₃ 和MgCO₃中的一種或多種
【設計方案】
實驗1：確定水垢中是否含MgCO₃
利用下列實驗裝置，完成實驗探究．其主要實驗步驟發下：

稱量D、E裝置總質量為600.00g，按上圖組裝后，將2.50g水垢試樣放入錐形瓶中，加入足量稀鹽酸溶液，待錐形瓶中不再產生氣泡時，打開止水夾K，從導管a處緩緩鼓入空氣，一段時間后稱量裝置D、E的總質量為601.25g  （堿石灰主要成分為CaO和NaOH，不考慮裝置內空氣對實驗的影響）．
【實驗討論】
（1）裝置B中生成氣體的化學方程式為

CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑

（只要求寫一種），緩緩鼓入空氣作用

將裝置內的二氧化碳排出，讓D、E充分吸收

．
（2）裝置B中生成CO₂的質量為

1.25

g．
（3）水垢中是否含MgCO₃？
小組的同學經討論認為測定一定質量的CaCO₃與足量鹽酸反應生成的二氧化碳質量，就可以確定．請你通過計算說明水垢中是否含MgCO₃？
實驗2：確定水垢中是否含有Mg（OH）₂？
（4）另取質量為2.50g的水垢，加入3.65%的稀鹽酸與之反應，測得消耗稀鹽酸w g．．結合以上實驗結論，判斷w的值滿足

w＞56.8

條件時，水垢中一定含有Mg（OH）₂．

Answer 1

分析：（1）根據碳酸鈣和鹽酸反應生成氯化鈣、水、二氧化碳書寫裝置B中生成氣體的化學方程式；反應后通入空氣是為了把反應生成的二氧化碳排到D中，從而被充分吸收；
（2）根據裝置D的增重判斷生成的二氧化碳的質量為1.25g；
設水垢均為2.50g碳酸鈣，根據方程式計算可生成的二氧化碳1.1g，所以含碳酸鎂；
根據碳酸鈣、碳酸鎂、氫氧化鎂與鹽酸反應的方程式，分別計算它們2.50g消耗鹽酸的質量，其中氫氧化鎂消耗最多，其次為碳酸鎂，假設2.50g全為碳酸鎂，消耗鹽酸56.8g，w＞56.8g時，定有氫氧化鎂．

解答：解：（1）碳酸鈣和鹽酸反應生成氯化鈣、水、二氧化碳，化學方程式是CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑；反應結束后打開止水夾K，緩緩鼓入空氣是為了將裝置中的二氧化碳全部吸收；
（2）裝置D、E中氫氧化鈉溶液、堿石灰可與二氧化碳充分反應，增重的質量即為二氧化碳的質量，是：601.25g-600.00g=1.25g；
（3）設水垢均為2.50g碳酸鈣，生成二氧化碳質量為x
CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                  44
2.5g                 x   

100

2.5g

=

44

x

   x=1.1g，小于1.25g，故一定含有能生成二氧化碳的碳酸鎂存在；
（4）由實驗2可知：2.5g水垢與鹽酸反應生成1.25g二氧化碳；據碳酸鈣、碳酸鎂與鹽酸反應方程式可知生成1.25g二氧化碳恰好需要3.65%的稀鹽酸的質量；
設需要稀鹽酸的質量是x，由CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑，MgCO₃+2HCl=MgCl₂+H₂O+CO₂↑可知：
2HCl～CO₂
73      44
3.65%x  1.25g

73

3.65%x

=

44

1.25g

       x=56.8g
由CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑，MgCO₃+2HCl=MgCl₂+H₂O+CO₂↑，Mg（OH）₂+2HCl=MgCl₂+2H₂O可知：
CaCO₃～2HCl～MgCO₃～Mg（OH）₂；
100     73   84     58
可知：等質量的碳酸鎂、碳酸鈣、氫氧化鎂，氫氧化鎂消耗鹽酸質量最多，所以當實際消耗鹽酸質量大于56.8時，水垢中一定含有氫氧化鎂；
故答案為：（1）CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑；將裝置內的二氧化碳排出，讓D裝置吸收；
（2）1.25；
（3）設水垢均為2.50g碳酸鈣，生成二氧化碳質量為x
CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                  44
2.5g                 x   

100

2.5g

=

44

x

   x=1.1g，小于1.25g，故一定含有能生成二氧化碳的碳酸鎂存在；
（4）w＞56.8．

點評：本題考查了常見物質成分的推斷，完成此題，可以依據物質的性質結合題干提供的信息進行，難度較大，涉及的計算較多，要結合相關知識細心分析解答，能很好考查學生分析、解決問題的能力．