Question

（10分）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^-	CO3^2-	HCO3^-
Ca^2+	微溶	不溶	可溶
Mg^2+	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的两种物质是             ，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）₂

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。	_______________	水垢中无Ca(OH）2

【实验方案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：

按上图组装后，将9.8g水垢试样放入锥形瓶中，打开止水夹K，从导管a处缓缓鼓入空气，一段时间后精确称量D、E装置总质量为600.0g关闭止水夹K，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处再次缓缓鼓入空气，一段时间后称量装置D、E的总质量为604.4g（注意：碱石灰主要成分为CaO和NaOH的混合物）。

【实验讨论】

（1）加入药品前应                 ；待锥形瓶中不再产生气泡时，打开止水夹K，缓缓鼓入空气的目的是                                      。

（2）C装置的作用是：     __        。

（3）装置B中生成CO₂的质量为         g。通过计算说明该水垢中       （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110 g。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（写出计算过程，结果保留1位小数）。

【反思】缺少F装置会使所测水垢样品中氢氧化镁的质量分数          _____________（填写“偏大”或“偏小”或“不变”）。

Answer

Ca(HCO3）2和Mg(HCO3）2 无白色沉淀

（1）检查装置气密性 将生成的二氧化碳全部被氢氧化钠溶液吸收

（2）吸水

（3）4.4 A

【实验方案3】设用于产生二氧化碳所消耗盐酸质量为X，氢氧化镁质量为Y

CaCO3+ 2 HCl == CaCl2 + CO2↑+ H2O

73 44

7.3%X 4.4克

73/44=7.3%X/4.4克 X=100克

则与氢氧化镁反应消耗盐酸质量为10克

Mg(OH）2+2HCl==MgCl2+2H2O

58 73

Y 10g×7.3%

58/73=Y/ 10g×7.3% Y=0.58 g

则氢氧化镁的质量分数= 0.58 g/ 9.8g ×100%=5.9%

【反思】偏小

【解析】

试题分析：【查阅资料】根据溶解性表可知，水垢的主要成分中一定含有的两种物质是碳酸氢钙和碳酸氢镁【实验方案1】碳酸钠与氢氧化钙反应，生成碳酸钙白色沉淀，若没有产生白色沉淀，则证明不含氢氧化钙；

【实验讨论】（1）加入药品前应先检查装置气密性；鼓入空气目的是将生成的二氧化碳全部被氢氧化钠溶液吸收

（2）浓硫酸具有吸水性，能除去气体中的水分。

（3）根据题意知，反应前后增加的质量即为生成二氧化碳质量，然后根据二氧化碳质量，利用化学方程式计算出需要碳酸钙质量即可。具体步骤如下：

设生成4.4克二氧化碳需要碳酸钙质量为X

CaCO3+ 2 HCl == CaCl2 + CO2↑+ H2O

100 44

X 4.4克

100/44=X/4.4克 X=10克

而水垢质量为9.8g，则说明水垢中一定含有碳酸镁。故选A

【实验方案3】设用于产生二氧化碳所消耗盐酸质量为X，氢氧化镁质量为Y

CaCO3+ 2 HCl == CaCl2 + CO2↑+ H2O

73 44

7.3%X 4.4克

73/44=7.3%X/4.4克 X=100克

则与氢氧化镁反应消耗盐酸质量为10克

Mg(OH）2+2HCl==MgCl2+2H2O

59 73

Y 10g×7.3%

58/73=Y/ 10g×7.3% Y=0.58 g

则氢氧化镁的质量分数= 0.58 g/ 9.8g ×100%=5.9%

【反思】 缺少F装置就会使所测得二氧化碳质量增大，则碳酸钙与稀盐酸反应时，消耗稀盐酸质量增大，从而使与氢氧化镁反应消耗盐酸质量减少，最后得出氢氧化镁质量就减少，所得氢氧化镁溶质质量分数就偏小。

考点：混合物成分的探究，利用化学方程式进行计算。