Question

10．某自来水中含有Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺、HCO₃^-、SO₄^2-、Cl^-，长期烧煮上述自来水会在锅炉内形成水垢．锅炉水垢不仅耗费燃料，而且有烧坏锅炉的危险，因此要定期清除锅炉水垢．已知部分物质20℃时的溶解度数据为

物质	Mg（OH）2	CaCO3	MgCO3	Ca（OH）2	CaSO4	MgSO4
$\frac{溶解度}{g/100g{H}_{2}O}$	9.0×10-4	1.5×10-3	1.0×10-2	1.7×10-1	2.1×10-1	26.7

（1）请用化学方程式表示锅炉中的水垢含有Mg（OH）₂的原因：Mg（HCO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgCO₃↓+H₂O+CO₂↑，MgCO₃+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂+CO₂↑．
（2）锅炉中的水垢所含有的CaSO₄不能直接用酸除去，需要加入试剂X，使其转化为易溶于盐酸的物质Y而除去．试剂X是C（填序号）．
A、食醋　　　　B、氯化钡　　C、碳酸钠　　D碳酸氢钠
CaSO₄能转化为物质Y 的原因是（用文字叙述）碳酸钙的溶解度小于硫酸钙的溶解度．
（3）除含CaSO₄、Mg（OH）₂外，锅炉水垢中还可能含有的物质是（写化学式）MgCO₃和CaCO₃．
（4）水中的Ca²⁺、Mg²⁺可以用一定浓度的M溶液进行测定，M与Ca²⁺、Mg²⁺都以等物质的量进行反应．现取含Ca²⁺浓度为0.40g/L的自来水样10mL，至锥形瓶中进行滴定，达到终点时，用去了浓度为0.01mol/L的M溶液20.00mL，则该自来水样中Mg²⁺的物质的量浓度是0.01mol/L．

Answer 1

分析 （1）在水中加热时Mg（HCO₃）和MgCO₃会转化为Mg（OH）₂；
（2）CaSO₄与酸不反应，必须先转化为碳酸钙，再加酸除去；
（3）根据自来水中的离子成分进行分析锅炉水垢中还可能含有的物质；
（4）根据Ca²⁺浓度求出其质量和物质的量，再根据M与Ca²⁺、Mg²⁺都以等物质的量进行反应，求算Mg²⁺的物质的量及浓度．

解答 解：（1）Mg（OH）₂溶解度小于MgCO₃，在加热时，MgCO₃易转化生成Mg（OH）₂，通过质量守恒定律可推测出反应方程式：Mg（HCO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgCO₃↓+H₂O+CO₂↑，MgCO₃+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Mg（OH）₂+CO₂↑
故答案为：Mg（HCO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgCO₃↓+H₂O+CO₂↑，MgCO₃+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Mg（OH）₂+CO₂↑；
（2）CaSO₄与酸不反应，必须先转化为碳酸钙，再加酸除去，所以要先加入碳酸钠；CaSO₄能转化为物质碳酸钙的原因是碳酸钙的溶解度小于硫酸钙的溶解度，
故答案为：C；碳酸钙的溶解度小于硫酸钙的溶解度；
（3）由于自来水中含有Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺、HCO₃^-、SO₄^2-、Cl^-，所以加热过程中会生成CaSO₄、Mg（OH）₂、MgCO₃和CaCO₃，
故答案为：MgCO₃和CaCO₃；
（4）10mL自来水样中Ca²⁺的质量为0.40g/L×10×10^-3L=4×10^-3g，则n（Ca²⁺）=$\frac{m}{M}$=$\frac{4×1{0}^{-3}g}{40g/mol}$=1×10^-4mol，
已知M与Ca²⁺、Mg²⁺都以等物质的量进行反应，所以n（Ca²⁺）=n（M）-n（Ca²⁺）=0.01mol/L×20×10^-3L-1×10^-4mol=1×10^-4mol，
所以c（Mg²⁺）=$\frac{n}{V}$=$\frac{1×1{0}^{-4}mol}{10×1{0}^{-3}L}$=0.01mol/L；
故答案为：0.01mol/L．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，涉及离子浓度的求算、新信息处理能力及书写化学方程式的能力，正确把握信息的获取和解答是解本题关键，题目难度不大．