Question

兴趣小组的同学通过实验探究热水壶底部水垢的主要成分。

（提出问题）硬水煮沸后的白色固体（水垢）中含有什么物质？

（查阅资料）

Ⅰ.硬水中含有一定量的 Ca(HCO₃)₂ 和 Mg(HCO₃)₂，加热时趋于生成溶解度更小的物质。 有关物质的溶解性：

物    质	Ca(HCO3)2	Mg(HCO3)2	Ca(OH)2	Mg(OH)2	CaCO3	MgCO3
溶解性	可溶	可溶	微溶	不溶	不溶	微溶

Ⅱ. Mg(OH)₂ 和 MgCO₃ 受热分解均分别生成对应的两种氧化物。

（猜想）水垢的主要成分一定含有不溶的Mg(OH)₂ 和________，可能含有微溶的Ca(OH)₂和______。

（实验）

（1）初步探究白色固体成分

①甲同学取白色固体少许，加入适量水充分溶解，在上层清液中滴加________溶液（选 填序号），没有白色沉淀生成，说明水垢中无 Ca(OH)₂；

A 碳酸钠    B 氯化钾    C 碳酸钾

②另取白色固体加入稀盐酸，观察到有气泡产生，甲同学认为还含有 MgCO₃，其他同学否定了他的结论，理由是__________。

③已知Ca(HCO₃)₂ 受热分解与碳酸氢钠受热分解类似，请写出Ca(HCO₃)₂ 受热分解的化学方程式___________________。

（2）为进一步确定白色固体的成分，乙同学称取 20g 白色固体，设计如下实验：

碱石灰的主要成分是固体 CaO 和 NaOH 的混合物。

①反应前，先通一段时间的空气，目的是______________。

②实验中 E 装置的作用是____________________。

③充分反应后，测得 C 增重 1.8g，D 中增重 6.6g。20g 白色固体中 Mg(OH)₂ 的质量是___________________g。

（结论）该白色固体中氢氧化镁与碳酸钙的质量比为_________。

Answer

CaCO3 MgCO3 AC 碳酸钙与稀盐酸反应也产生气泡 排尽装置内空气中的二氧化碳和水，减少误差 防止外界空气中的二氧化碳和水进入D中，减少误差 5.8 58:100（或29:50）

【解析】

[猜想]：通过表格可知，不溶物为氢氧化镁和碳酸钙，微溶无为碳酸镁和氢氧化钙。则可以分析出水垢中一定含有不溶的氢氧化镁和碳酸钙，可能含有微溶的氢氧化钙和碳酸镁。故答案为：CaCO3、MgCO3；

（1）①甲同学取白色固体少许，加入适量的水充分溶解，在上层清液中滴加碳酸钾或碳酸钠溶液，没有白色沉淀生成，证明没有氢氧化钙。因为氢氧化钙中的钙离子会和碳酸钾或碳酸钠中的碳酸根离子结合，生成碳酸钙沉淀。所以通过此实验可以证明出，白色固体不含氢氧化钙。故答案为：A或C；

②通过猜想可知，粉末中一定含有碳酸钙，可能含有碳酸镁。加入的稀盐酸会和碳酸钙、碳酸镁都会反应生成二氧化碳，有气体产生，所以无法证明一定含有碳酸镁。因为若不含有碳酸镁，也能观察到同样的现象。故答案为：碳酸钙与稀盐酸反应也产生气泡；

③碳酸氢钠受热分解为碳酸钠、水和二氧化碳。则碳酸氢钙受热也会分解为对应的碳酸盐，即碳酸钙、水和二氧化碳。故答案为：；

（2）通过实验信息可知，将固体物质加热，通过测定生成物的质量从而计算反应物的质量。根据题意可知，氢氧化镁受热分解的方程式为：，碳酸镁受热分解的方程式为：，碳酸钙受热分解的方程式为：。C装置中盛放的无水硫酸铜可以检测生成水的质量，D装置中的碱石灰可以检测生成的二氧化碳的质量。A、E装置中的碱石灰作用是吸收空气中的水分和二氧化碳，防止干扰实验。

①反应前，应该先通入一段时间的空气，目的是排尽装置内空气中的二氧化碳和水，避免对实验造成干扰，减小误差。故答案为：排尽装置内空气中的二氧化碳和水，减少误差；

②通过分析可知，实验需要通过测定D装置增加的重量从而推测固体的成分。若没有E装置，则空气中的水分和二氧化碳会进入实验装置中，从而影响实验的测定，造成误差。故答案为：防止外界空气中的二氧化碳和水进入D中，减少误差；

③充分反应后，测得C增重1.8g，则说明生成水的质量为1.8g。而三种物质中，只有氢氧化镁受热分解能生成水，则证明白色固体中含有氢氧化镁。D中增重6.6g，则说明生成二氧化碳的质量为6.6g，白色固体中含有碳酸盐。

设20g白色固体中，氢氧化镁的质量为x。

解得x=5.8g。故答案为：5.8；

[结论]：设碳酸钙生成二氧化碳的质量为a1，碳酸镁生成二氧化碳的质量为a2，碳酸钙质量为y，则碳酸镁的质量为（20g-5.8g-y）。

解得：y=……①

解得：14.2g-y=……②

则联立①、②得：①+②：14.2g=+……③

由根据题意可知，共计生成二氧化碳的质量为6.6g，则a1+a2=6.6g……④

解得a1=4.4g，a2=2.2g。

所以混合物中，碳酸钙的质量为：，碳酸镁的质量为：20g-5.8g-10g=4.2g。

所以白色固体中氢氧化镁与碳酸钙的质量比为：5.8g:10g=58:100=29:50。故答案为：58:100（或29:50）。