Question

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       和      ，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。	没有白色沉淀产生	水垢中           。

【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：

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】

⑴加入药品前应                ，反应结束后打开止水夹K，缓缓鼓入空气的目的是                     。

⑵任写一个装置B中生成气体的化学反应方程式：   　　　　   　　       。

⑶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（写出完整的计算过程，计算结果保留一位小数）。

Answer

CaCO3和Mg(OH)2  (两个都对得1分)  不含Ca(OH)2   （1）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）CaCO3+2HCl = CaCl2+H2O+CO2↑或MgCO3+2HCl = MgCl2+H2O+CO2↑ （3）4.4g  A；氢氧化镁的质量分数为5.9%

【解析】

试题分析：根据溶解性氢氧化钙和碳酸镁属于微溶，水垢中可能含有，碳酸钙、氢氧化镁属于难溶，所以水垢中的主要成分为氢氧化镁和碳酸钙；加入碳酸钠没有白色沉淀生成说明没有钙离子，说明没有氢氧化钙；⑴加入药品前应先检查装置的气密性，鼓入空气的作用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）B装置有两个反应，为CaCO3+2HCl = CaCl2+H2O+CO2↑或MgCO3+2HCl = MgCl2+H2O+CO2↑；（3）生成二氧化碳的总质量就是D、E装置总质量的前后质量之差，为，如果是纯的碳酸钙和足量的酸反应生成4.4g二氧化碳则需10g，题目中是9.8g，说明还混有碳酸镁。

【实验方案3】【解析】
设用于产生二氧化碳的盐酸质量为，氢氧化镁质量为

2HCl ～ CO2   Mg(OH) 2+ 2HCl==MgCl2 + 2H2O

73       44       58       73

×7.3%  4.4g          10g×7.3%

，，解得   =100g      =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%

考点：探究水垢成分