Question

【題目】（10分）某校化學小組對熱水壺底部水垢的主要成分進行了如下探究，請完成以下活動并回答相關問題。

【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——水垢（主要成分為碳酸鹽和堿）。有關物質的溶解性見下表（20℃）：

陰離子 陽離子	OH-	CO32-	HCO3-
Ca2+	微溶	不溶	可溶
Mg2+	不溶	微溶	可溶

根據上述物質的溶解性，小組同學確定水垢的主要成分中一定含有的兩種物質是 ，可能含有Ca(OH）2和MgCO3。

【提出問題】水垢的主要成分中是否含有Ca(OH）2和MgCO3呢？

【實驗方案1】確定水垢中是否含Ca(OH）2

實驗步驟	實驗現象	結論
在少量研碎的水垢中，加入適量的蒸餾水充分攪拌，過濾，在濾液里加入Na2CO3溶液。	_______________	水垢中無Ca(OH）2

【實驗方案2】確定水垢中是否含MgCO3

利用下列實驗裝置，完成實驗2探究。其主要實驗步驟如下：

按上圖組裝后，將9.8g水垢試樣放入錐形瓶中，打開止水夾K，從導管a處緩緩鼓入空氣，一段時間后精確稱量D、E裝置總質量為600.0g關閉止水夾K，加入足量稀鹽酸溶液，待錐形瓶中不再產生氣泡時，打開止水夾K，從導管a處再次緩緩鼓入空氣，一段時間后稱量裝置D、E的總質量為604.4g（注意：堿石灰主要成分為CaO和NaOH的混合物）。

【實驗討論】

（1）加入藥品前應 ；待錐形瓶中不再產生氣泡時，打開止水夾K，緩緩鼓入空氣的目的是 。

（2）C裝置的作用是： __ 。

（3）裝置B中生成CO2的質量為 g。通過計算說明該水垢中 （填序號）含MgCO3。

A．一定 B．一定不 C．可能 D．無法確定

【實驗方案3】定量探究水垢中氫氧化鎂的質量分數

另取質量為9.8g的水垢試樣，加入7.3%稀鹽酸與之恰好完全反應，測得消耗稀鹽酸110 g。結合以上數據和實驗結論，計算水垢樣品中氫氧化鎂的質量分數（寫出計算過程，結果保留1位小數）。

【反思】缺少F裝置會使所測水垢樣品中氫氧化鎂的質量分數 _____________（填寫“偏大”或“偏小”或“不變”）。

Answer 1

【答案】Ca(HCO3）2和Mg(HCO3）2 無白色沉淀

（1）檢查裝置氣密性 將生成的二氧化碳全部被氫氧化鈉溶液吸收

（2）吸水

（3）4.4 A

【實驗方案3】設用于產生二氧化碳所消耗鹽酸質量為X，氫氧化鎂質量為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

則與氫氧化鎂反應消耗鹽酸質量為10克

Mg(OH）2+2HCl==MgCl2+2H2O

58 73

Y 10g×7.3%

58/73=Y/ 10g×7.3% Y=0.58 g

則氫氧化鎂的質量分數= 0.58 g/ 9.8g ×100%=5.9%

【反思】偏小

【解析】

試題分析：【查閱資料】根據溶解性表可知，水垢的主要成分中一定含有的兩種物質是碳酸氫鈣和碳酸氫鎂【實驗方案1】碳酸鈉與氫氧化鈣反應，生成碳酸鈣白色沉淀，若沒有產生白色沉淀，則證明不含氫氧化鈣；

【實驗討論】（1）加入藥品前應先檢查裝置氣密性；鼓入空氣目的是將生成的二氧化碳全部被氫氧化鈉溶液吸收

（2）濃硫酸具有吸水性，能除去氣體中的水分。

（3）根據題意知，反應前后增加的質量即為生成二氧化碳質量，然后根據二氧化碳質量，利用化學方程式計算出需要碳酸鈣質量即可。具體步驟如下：

設生成4.4克二氧化碳需要碳酸鈣質量為X

CaCO3+ 2 HCl == CaCl2 + CO2↑+ H2O

100 44

X 4.4克

100/44=X/4.4克 X=10克

而水垢質量為9.8g，則說明水垢中一定含有碳酸鎂。故選A

【實驗方案3】設用于產生二氧化碳所消耗鹽酸質量為X，氫氧化鎂質量為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

則與氫氧化鎂反應消耗鹽酸質量為10克

Mg(OH）2+2HCl==MgCl2+2H2O

59 73

Y 10g×7.3%

58/73=Y/ 10g×7.3% Y=0.58 g

則氫氧化鎂的質量分數= 0.58 g/ 9.8g ×100%=5.9%

【反思】 缺少F裝置就會使所測得二氧化碳質量增大，則碳酸鈣與稀鹽酸反應時，消耗稀鹽酸質量增大，從而使與氫氧化鎂反應消耗鹽酸質量減少，最后得出氫氧化鎂質量就減少，所得氫氧化鎂溶質質量分數就偏小。