Question

10．某校化學(xué)小組對熱水壺底部水垢的主要成分進(jìn)行了如下探究，請完成以下活動并回答相關(guān)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(zhì)--水垢（主要成分為碳酸鹽和堿）．有關(guān)物質(zhì)的溶解性見下表：
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

【提出猜想】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（填化學(xué)式）．
【設(shè)計(jì)方案】
實(shí)驗(yàn)1：確定水垢中是否含Ca（OH）₂和CaCO₃

實(shí)驗(yàn)步驟	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	結(jié)論
在少量研碎的水垢中，加入適量的蒸餾水充分?jǐn)嚢�，過濾，在濾液里加入Na2CO3溶液．	沒有白色沉淀產(chǎn)生	沒有氫氧化鈣

實(shí)驗(yàn)2：確定水垢中是否含MgCO₃
利用下列實(shí)驗(yàn)裝置，完成實(shí)驗(yàn)2探究．其主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：

稱量D、E裝置總質(zhì)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(chǎn)生氣泡時(shí)，打開止水夾K，從導(dǎo)管a處緩緩鼓入空氣，一段時(shí)間后稱量裝置D、E的總質(zhì)量為201.25g（堿石灰主要成分為CaO和NaOH，不考慮裝置內(nèi)空氣對實(shí)驗(yàn)的影響）．
【實(shí)驗(yàn)討論】
（1）加入樣品前還應(yīng)檢查裝置的氣密性，裝置B中盛放稀鹽酸的儀器名稱為分液漏斗，裝置C的作用是除去二氧化碳中含有的水蒸氣，反應(yīng)結(jié)束后打開止水夾K，緩緩鼓入空氣的目的是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，裝置A的作用是吸收空氣中的二氧化碳．A、B裝置之間不要設(shè)置干燥裝置（填“要”、“不要”），其理由是C裝置可以除去二氧化碳的水蒸氣．
（2）裝置B中生成氣體的化學(xué)反應(yīng)方程式為CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑（只要求寫一種）
裝置D中的化學(xué)反應(yīng)方程式為CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O．
（3）裝置B中生成CO₂的質(zhì)量為4.4 g．通過計(jì)算說明水垢中A含MgCO₃（填字母）．
A．一定        B．一定不       C．可能          D．無法確定
計(jì)算過程（已知CaCO₃相對分子質(zhì)量為100、MgCO₃相對分子質(zhì)量為84）：
實(shí)驗(yàn)3：確定水垢中是否含有Mg（OH）₂
另取質(zhì)量為2.50g水垢，加3.65%稀鹽酸與之反應(yīng)，測得消耗稀鹽酸w g．結(jié)合以上實(shí)驗(yàn)，判斷當(dāng)w的值滿足w＞56.8 條件時(shí)，水垢中一定含有Mg（OH）₂（請通過計(jì)算說明）．

Answer 1

分析 【提出猜想】首先運(yùn)用題中溶解性表分析得出提出猜想中的兩個(gè)空；
【設(shè)計(jì)方案】實(shí)驗(yàn)1：根據(jù)氫氧化鈣溶液能和碳酸鈉反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀進(jìn)行解答；
【實(shí)驗(yàn)討論】要測定二氧化碳的質(zhì)量，必須保證裝置氣密性良好；可以根據(jù)反應(yīng)前后裝置D、E的質(zhì)量差確定生成的二氧化碳的質(zhì)量，進(jìn)而確定水垢中是否含有碳酸鎂，計(jì)算出所用的鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從而計(jì)算求出是否含有氫氧化鎂；
實(shí)驗(yàn)3：根據(jù)裝置D的增重判斷生成的二氧化碳的質(zhì)量為1.25g；
設(shè)水垢均為2.50g碳酸鈣，根據(jù)方程式計(jì)算可生成的二氧化碳1.1g，所以含碳酸鎂；
根據(jù)碳酸鈣、碳酸鎂、氫氧化鎂與鹽酸反應(yīng)的方程式，分別計(jì)算它們2.50g消耗鹽酸的質(zhì)量，其中氫氧化鎂消耗最多，其次為碳酸鎂，假設(shè)2.50g全為碳酸鎂，消耗鹽酸56.8g，w＞56.8g時(shí)，定有氫氧化鎂．

解答 解：【提出猜想】由題中溶解性表知碳酸鈣和氫氧化鎂不溶于水，其余的氫氧化鈣、碳酸鎂微溶，碳酸氫鈣和碳酸氫鎂都溶于水，故水垢的主要成分中一定含有：CaCO₃、Mg（OH）₂故填：CaCO₃；Mg（OH）₂；
【設(shè)計(jì)方案】
實(shí)驗(yàn)1：氫氧化鈣溶液能和碳酸鈉反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀，所以

實(shí)驗(yàn)步驟	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	結(jié)論
在少量研碎的水垢中，加入適量的蒸餾水充分?jǐn)嚢�，過濾，在濾液里加入Na2CO3溶液．	沒有白色沉淀產(chǎn)生	沒有氫氧化鈣

故填：沒有氫氧化鈣；
【實(shí)驗(yàn)討論】：（1）因?yàn)閷?shí)驗(yàn)需要測定生成的二氧化碳的質(zhì)量，需要保證裝置不漏氣，所以需要檢查裝置的氣密性；裝置B中盛放稀鹽酸的儀器名稱為分液漏斗；濃硫酸具有吸水性，所以裝置C的作用是除去二氧化碳中含有的水蒸氣；反應(yīng)結(jié)束后打開止水夾K，緩緩鼓入空氣是為了將裝置中的二氧化碳全部吸收；裝置A的作用是吸收空氣中的二氧化碳．A、B裝置之間不要設(shè)置干燥裝置，其理由是C裝置可以除去二氧化碳的水蒸氣；
故填：檢查裝置的氣密性；分液漏斗；除去二氧化碳中含有的水蒸氣；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；吸收空氣中的二氧化碳；
C裝置可以除去二氧化碳的水蒸氣；
（2）裝置B中是碳酸鈣能與鹽酸反應(yīng)生成氯化鈣、水和二氧化碳，而D中是二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成碳酸鈉和水；故填：CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑；CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O；
（3）反應(yīng)前后D、E裝置的質(zhì)量差為：201.25g-200g=1.25g，設(shè)生成1.25g二氧化碳需要碳酸鈣的質(zhì)量為x
CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                                    44
x                                        1.25g
$\frac{100}{x}=\frac{44}{1.25g}$
解得x=2.84g，而水垢的質(zhì)量為2.5g，故一定含有能生成二氧化碳的碳酸鎂存在；故填：4.4；A；
實(shí)驗(yàn)3：由實(shí)驗(yàn)2可知：2.5g水垢與鹽酸反應(yīng)生成1.25g二氧化碳；據(jù)碳酸鈣、碳酸鎂與鹽酸反應(yīng)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(zhì)量；
設(shè)需要稀鹽酸的質(zhì)量是x，由CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑，MgCO₃+2HCl=MgCl₂+H₂O+CO₂↑可知：
2HCl～CO₂
73       44
3.65%×x 1.25g
$\frac{73}{3.65%×x}=\frac{44}{1.25g}$
x=56.8g
由CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑，MgCO₃+2HCl=MgCl₂+H₂O+CO₂↑，Mg（OH）₂+2HCl=MgCl₂+2H₂O可知：
CaCO₃～2HCl～MgCO₃～Mg（OH）₂；
100     73   84     58
可知：等質(zhì)量的碳酸鎂、碳酸鈣、氫氧化鎂，氫氧化鎂消耗鹽酸質(zhì)量最多，所以當(dāng)實(shí)際消耗鹽酸質(zhì)量大于56.8時(shí)，水垢中一定含有氫氧化鎂．故填：w＞56.8．

點(diǎn)評 即考查了實(shí)驗(yàn)也考查了根據(jù)化學(xué)方程式的計(jì)算，培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)分析能力和根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算能力及運(yùn)用極值法解題的思想．本題考查了常見物質(zhì)成分的推斷，完成此題，可以依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)合題干提供的信息進(jìn)行．