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。

部分鈣、鎂化合物溶解性表（20℃）
	OH-	CO32-	HCO3-
Ca2+	微溶	不溶	可溶
Mg2+	不溶	微溶	可溶

（查閱資料） 天然水中含有等離子，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：

（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_____。

（設計方案）

實驗1 確定水垢中是否含有 Ca(OH)2

實驗步驟	現象	結論
在少量研體的水垢中，加入適量的蒸餾水充分攪拌、過濾，在濾液中加入Na2CO3溶液	___________	一定不含Ca(OH)2

實驗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：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（堿石灰主要分為CaO和NaOH，不考慮裝置內空氣對實驗的影響）。

（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CO2的質量為_________g，通過計算說明水垢中_________含MgCO3（填字母）。

A 一定不 B 一定 C 可能 D 無法確定

計算過程（已知CaCO3相對分子質量為100。MgCO3相對分子質量為84）：___________

實驗3：確定水垢中是否有Mg(OH)2

（5）另取質量為1.25g水垢，加入3.65%稀鹽酸與之反應，測得消耗稀鹽酸mg，結合上述實驗，判斷當m的值滿足____________條件時，水垢中一定含有Mg(OH)2。寫出計算過程。

Answer 1

【答案】Mg（OH）2 MgCO3 無沉淀產生 將殘留在裝置中的二氧化碳全部排入D、E裝置中充分吸收 不要 C裝置可以除去二氧化碳的水蒸氣 控制反應的速率 CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑ 1.25 B 碳酸鈣的質量為2.84g，而水垢的質量為2.5g，故一定含有能生成二氧化碳的碳酸鎂存在。 m＞56.8。

【解析】

提出猜想：

根據表格提供的物質的溶解性，可以推出水垢的主要成分一定有CaCO3和Mg（OH）2（不溶），可能含有Ca（OH）2和MgCO3（微溶）。

設計方案1：

碳酸鈉能與氫氧化鈣反應產生白色沉淀，不含有氫氧化鈣，則加入碳酸鈉不會觀察到有沉淀產生；

（1）反應結束后打開止水夾K，緩緩鼓入空氣是為了將殘留在裝置中的二氧化碳全部排入D、E裝置中充分吸收。由于C裝置可以除去二氧化碳的水蒸氣，故A、B裝置之間 不要設置于干燥裝置；

（2）劇圖可以看出，裝置B盛放稀鹽酸的儀器是分液漏斗，能控制液體的滴加速度，從而控制反應的速率，
（3）裝置B中碳酸鈣和鹽酸反應生成氯化鈣、水和二氧化碳，化學方程式為：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑。

（4）解：裝置B中生成的二氧化碳的質量為201.25g-200g=1.25g，設碳酸鈣的質量為x，

x=2.84g，

而水垢的質量為2.5g，故一定含有能生成二氧化碳的碳酸鎂存在。

（5）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：

x=56.8g

由CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑，MgCO3+2HCl=MgCl2+H2O+CO2↑，Mg（OH）2+2HCl=MgCl2+2H2O可知：

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。