Question

【題目】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）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。有關物質的溶解性見下表：

陰離子 陽離子	OH-	CO32-	HCO3-
Ca2+	微溶	不溶	可溶
Mg2+	不溶	微溶	可溶

（提出猜想）水垢的主要成分一定有CaCO3和_____（填化學式），可能含有Ca(OH)2和______。

（提出問題）水垢的主要成分中是否含有Ca(OH)2和MgCO3呢？

（設計方案1）確定水垢中是否含Ca(OH)2

實驗步驟	實驗現象	結論
在少量研碎的水垢中，加入適量的蒸餾水充分攪拌，過濾，在濾液里加入Na2CO3溶液。	______________	一定不含Ca(OH)2

（實驗方案2）確定水垢中是否含MgCO3

利用下列實驗裝置，完成實驗2探究。其主要實驗步驟如下：

其主要實驗步驟如下：稱量D、E裝置總質量為200.0g，按上圖組裝后，將2.5g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201.25g（堿石灰主要成分為CaO和NaOH，不考慮稀鹽酸的揮發性以及裝置內空氣、外界空氣對實驗的影響）。

（實驗討論）

（1）反應結束后打開止水夾K，緩緩鼓入空氣的目的是_____A、B裝置之間_____設置干燥裝置。（填“要”或“不要”）其理由是______　　　　　　

（2）裝置B盛放稀鹽酸的儀器作用是：______

（3）裝置 B中生成氣體的反應的化學方程式為______　　　　　

（4）裝置B中生成氣體的質量為______g通過計算說明該水垢中____（填序號）含MgCO3。

A 一定 B 一定不 C 可能 D 無法確定

已知CaCO3相對分子質量為100.Mg CO3相對分子質量為84）：　　　　　　

（實驗方案3）確定水垢中是否含有Mg(OH)2

（5）另取質量為1.2g的水垢試樣，加入3.65%稀鹽酸與之恰好完全反應，測得消耗稀鹽酸ｍg。合上述實驗，判斷當ｍ的值滿足_____條件時，水垢中一定含有Mg(OH)2

Answer 1

【答案】Mg(OH)2 MgCO3 沒有白色沉淀生成 使生成二氧化碳被充分吸收 不要 不會影響吸收二氧化碳的量 控制鹽酸的滴加速率，使反應充分進行 CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑ 1.25 A ｍ大于28.6g

【解析】

[提出猜想] 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，結合溶解性，水垢的主要成分一定有CaCO3和Mg(OH)2，可能含有Ca(OH)2和MgCO3；

[設計方案1] 氫氧化鈣能與碳酸鈉反應生成碳酸鈣沉淀，在少量研碎的水垢中，加入適量的蒸餾水充分攪拌，過濾，在濾液里加入Na2CO3溶液，沒有白色沉淀生成，水垢中一定不含Ca(OH)2；

[實驗方案2]

（1）反應結束后,，裝置B中殘留的氣體為二氧化碳，打開止水夾K，緩緩鼓入空氣的目的是排盡裝置的二氧化碳，使二氧化碳被充分吸收；A、B裝置之間不要設置干燥裝置。其理由是經過氫氧化鈉溶液后的氣體中有較多的水蒸氣，但是水蒸氣能被C中濃硫酸吸收，不會被氫氧化鈉溶液吸收，不影響二氧化碳的質量；

（2）裝置B盛放稀鹽酸的儀器作用是：控制鹽酸的滴加速率，使反應充分進行；

（3）裝置 B中生成氣體的反應是碳酸鈣和鹽酸反應生成二氧化碳、水、氯化鈣，化學方程式為CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑；

（4）裝置D、E用于吸收二氧化碳，反應前D、E裝置總質量為200.0g，一段時間后稱量裝置D、E的總質量為201.25g，說明生成二氧化碳1.25g；設2.5g碳酸鈣完全反應生成二氧化碳的質量為x，2.5g碳酸鎂完全反應生成二氧化碳的質量為y，

x=1.1g

y>1.1g 碳酸鎂比同質量的碳酸鈣生成二氧化碳多；

由于水垢比同質量的碳酸鈣生成二氧化碳多，可知水垢中一定含有碳酸鎂；

（5）另取質量為1.2g的水垢試樣，加入3.65%稀鹽酸與之恰好完全反應，測得消耗稀鹽酸ｍg。設1.2g碳酸鈣消耗鹽酸的質量為m，1.2g碳酸鎂消耗鹽酸的質量為n，1.2g氫氧化鎂消耗鹽酸的質量為z，

m=24g

n≈28.6g

z≈41.2g

結合上述計算，當ｍ的值滿足大于28.6g條件時，水垢中一定含有Mg(OH)2。