Question

（2013?北塘区二模）某校化学小组对热水壶底部水垢的主要成分进行了如下探究，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（主要成分为碳酸盐和碱）．有关物质的溶解性见下表（20℃）：

阴离子 阳离子	OH-	CO32-	HCO3-
Ca2+	微溶	不溶	可溶
Mg2+	不溶	微溶	可溶

根据上述物质的溶解性，小组同学确定水垢的主要成分中一定含有

CaCO₃

和

Mg（OH）₂

，可能含有Ca（OH）₂和MgCO₃．
【提出问题】水垢的主要成分中是否含有Ca（OH）₂和MgCO₃呢？
【实验方案1】确定水垢中是否含Ca（OH）

实验步骤	实验现象	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，在滤液里加入Na2CO3溶液．	没有白色沉淀产生	水垢中 不含Ca（OH）2 ．

【实验方案2】确定水垢中是否含MgCO₃
利用如图所示的实验装置，完成实验2探究．其主要实验步骤如下：
精确称量D、E装置总质量为600.0g，按上图组装后，将9.8g水垢试样放入锥形瓶中，加入足量稀盐酸溶液，待锥形瓶中不再产生气泡时，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604.4g（碱石灰主要成分为CaO和NaOH，不考虑稀盐酸的挥发性以及装置内空气、外界空气对实验的影响）．
【实验讨论】
（1）加入药品前应

检查装置的气密性

，反应结束后打开止水夹K，缓缓鼓入空气的目的是

将残留在装置中的二氧化碳全部排入D、E装置中充分吸收

．
（2）任写一个装置B中生成气体的化学反应方程式：

CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑

．
（3）装置 B中生成CO₂的质量为

4.4

g．通过计算说明该水垢中

A

（填序号）含MgCO₃．
A．一定          B．一定不           C．可能          D．无法确定
【实验方案3】定量探究水垢中氢氧化镁的质量分数
另取质量为9.8g的水垢试样，加入7.3%稀盐酸与之恰好完全反应，测得消耗稀盐酸110g．结合以上数据和实验结论，计算水垢样品中氢氧化镁的质量分数（写出完整的计算过程，计算结果保留一位小数）．

Answer 1

分析：查阅资料：根据物质的水溶性进行分析；
实验方案：根据氢氧化钙能与可溶性碳酸盐反应生成沉淀进行分析；
实验讨论：要测定二氧化碳的质量，必须保证装置气密性良好；可以根据反应前后装置D、E的质量差确定生成的二氧化碳的质量，进而确定水垢中是否含有碳酸镁，计算出所用的盐酸的质量分数，从而计算求出是否含有氢氧化镁．

解答：解：查阅资料：根据表格可以看出，碳酸钙和氢氧化镁是不溶于水的物质，故水垢中一定含有碳酸钙和氢氧化镁，故填：CaCO₃，Mg（OH）₂；
实验方案：在滤液里加入Na₂CO₃溶液，没有产生白色沉淀，说明不含有氢氧化钙，故填：不含Ca（OH）₂；
实验讨论：（1）因为实验需要测定生成的二氧化碳的质量，需要保证装置不漏气，所以需要检查装置的气密性；反应结束后打开止水夹K，缓缓鼓入空气是为了将装置中的二氧化碳全部吸收，故填：检查装置的气密性，将残留在装置中的二氧化碳全部排入D、E装置中充分吸收；
（2）碳酸钙能与盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，故填：CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑；
（3）反应前后D、E装置的质量差为：604.4g-600g=4.4g，设生成4.4g二氧化碳需要碳酸钙的质量为x
CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                  44
x                    4.4g

100

x

=

44

4.4g

    x=10g，而水垢的质量为9.8g，故一定含有能生成二氧化碳的碳酸镁存在，
故填：4.4，A；
实验方案3：解：设用于产生二氧化碳的盐酸质量为x，氢氧化镁质量为y
CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑
       73            44
      x×7.3%        4.4g

73

x×7.3%

=

44

4.4g

    x=100g
Mg（OH）₂+2HCl═MgCl₂+2H₂O
 58       73
 y      10g×7.3%
 

58

y

=

73

10g×7.3%

    y=0.58g 
氢氧化镁的质量分数：

0.58g

9.8g

×100%≈5.9%  
答：水垢样品中氢氧化镁的质量分数为5.9%．

点评：本题考查了常见物质成分的推断，完成此题，可以依据物质的性质结合题干提供的信息进行．