Question

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(zhì)——水垢（主要成分為碳酸鹽和堿）。有關物質(zhì)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(jù)上述物質(zhì)的溶解性，小組同學確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(xiàn)象	結(jié)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。	沒有白色沉淀產(chǎn)生	水垢中           。

【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：

精確稱量D、E裝置總質(zhì)量為600.0g，按上圖組裝后，將9.8g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，打開止水夾K，從導管a處緩緩鼓入空氣，一段時間后稱量裝置D、E的總質(zhì)量為604.4g（堿石灰主要成分為CaO和NaOH，不考慮稀鹽酸的揮發(fā)性以及裝置內(nèi)空氣、外界空氣對實驗的影響）。
【實驗討論】
⑴加入藥品前應                ，反應結(jié)束后打開止水夾K，緩緩鼓入空氣的目的是                     。
⑵任寫一個裝置B中生成氣體的化學反應方程式：   　　　　   　　       。
⑶裝置 B中生成CO₂的質(zhì)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(zhì)量分數(shù)
另取質(zhì)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(jié)合以上數(shù)據(jù)和實驗結(jié)論，計算水垢樣品中氫氧化鎂的質(zhì)量分數(shù)（寫出完整的計算過程，計算結(jié)果保留一位小數(shù)）。

Answer 1

CaCO₃和Mg(OH)₂  (兩個都對得1分)  不含Ca(OH)₂   （1）檢查裝置的氣密性 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   （2）CaCO₃+2HCl = CaCl₂+H₂O+CO₂↑或MgCO₃+2HCl = MgCl₂+H₂O+CO₂↑ （3）4.4g  A；氫氧化鎂的質(zhì)量分數(shù)為5.9%

試題分析：根據(jù)溶解性氫氧化鈣和碳酸鎂屬于微溶，水垢中可能含有，碳酸鈣、氫氧化鎂屬于難溶，所以水垢中的主要成分為氫氧化鎂和碳酸鈣；加入碳酸鈉沒有白色沉淀生成說明沒有鈣離子，說明沒有氫氧化鈣；⑴加入藥品前應先檢查裝置的氣密性，鼓入空氣的作用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；（2）B裝置有兩個反應，為CaCO₃+2HCl = CaCl₂+H₂O+CO₂↑或MgCO₃+2HCl = MgCl₂+H₂O+CO₂↑；（3）生成二氧化碳的總質(zhì)量就是D、E裝置總質(zhì)量的前后質(zhì)量之差，為，如果是純的碳酸鈣和足量的酸反應生成4.4g二氧化碳則需10g，題目中是9.8g，說明還混有碳酸鎂。
【實驗方案3】解：設用于產(chǎn)生二氧化碳的鹽酸質(zhì)量為，氫氧化鎂質(zhì)量為
2HCl ～ CO₂   Mg(OH) ₂+ 2HCl==MgCl₂ + 2H₂O
73       44       58       73
×7.3%  4.4g          10g×7.3%
，，解得   =100g      =0.58g     
氫氧化鎂的質(zhì)量分數(shù)= 0.58g/9.8g×100%≈5.9%
答：水垢樣品中氫氧化鎂的質(zhì)量分數(shù)為5.9%
點評：本題較為綜合，是集實驗探究和化學方程式計算于一體的題目，題目較為冗長，屬于較難的題目，在中考中常作為壓軸題出現(xiàn)。