Question

【题目】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。

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

（查阅资料） 天然水中含有等离子，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：

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

（设计方案）

实验1 确定水垢中是否含有 Ca(OH)2

实验步骤	现象	结论
在少量研体的水垢中，加入适量的蒸馏水充分搅拌、过滤，在滤液中加入Na2CO3溶液	___________	一定不含Ca(OH)2

实验2：确定水垢中是否含MgCO3

利用下列实验装置，完成实验2探究。

其主要实验步骤如下：称量D、E装置总质量为200.0g，按上图组装后，将2.5g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201.25g（碱石灰主要分为CaO和NaOH，不考虑装置内空气对实验的影响）。

（实验讨论）

（1）反应结束后打开止水夹K，缓缓鼓入空气的目的是___________。A、B装置之间__________设置干燥装置。（填“要”或“不要”）其理由是____________。

（2）装置B盛放稀盐酸的仪器作用是_________________。

（3）装置B中生成气体的反应的化学方程式为_______________。

（4）装置B中生成CO2的质量为_________g，通过计算说明水垢中_________含MgCO3（填字母）。

A 一定不 B 一定 C 可能 D 无法确定

计算过程（已知CaCO3相对分子质量为100。MgCO3相对分子质量为84）：___________

实验3：确定水垢中是否有Mg(OH)2

（5）另取质量为1.25g水垢，加入3.65%稀盐酸与之反应，测得消耗稀盐酸mg，结合上述实验，判断当m的值满足____________条件时，水垢中一定含有Mg(OH)2。写出计算过程。

Answer 1

【答案】Mg（OH）2 MgCO3 无沉淀产生 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 不要 C装置可以除去二氧化碳的水蒸气 控制反应的速率 CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑ 1.25 B 碳酸钙的质量为2.84g，而水垢的质量为2.5g，故一定含有能生成二氧化碳的碳酸镁存在。 m＞56.8。

【解析】

提出猜想：

根据表格提供的物质的溶解性，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）。

设计方案1：

碳酸钠能与氢氧化钙反应产生白色沉淀，不含有氢氧化钙，则加入碳酸钠不会观察到有沉淀产生；

（1）反应结束后打开止水夹K，缓缓鼓入空气是为了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。由于C装置可以除去二氧化碳的水蒸气，故A、B装置之间 不要设置于干燥装置；

（2）剧图可以看出，装置B盛放稀盐酸的仪器是分液漏斗，能控制液体的滴加速度，从而控制反应的速率，
（3）装置B中碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，化学方程式为：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑。

（4）解：装置B中生成的二氧化碳的质量为201.25g-200g=1.25g，设碳酸钙的质量为x，

x=2.84g，

而水垢的质量为2.5g，故一定含有能生成二氧化碳的碳酸镁存在。

（5）由实验2可知：2.5g水垢与盐酸反应生成1.25g二氧化碳；据碳酸钙、碳酸镁与盐酸反应方程式可知生成1.25g二氧化碳恰好需要3.65%的稀盐酸的质量；设需要稀盐酸的质量是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：等质量的碳酸镁、碳酸钙、氢氧化镁，氢氧化镁消耗盐酸质量最多，所以当实际消耗盐酸质量大于56.8时，水垢中一定含有氢氧化镁。