Question

【題目】興趣小組的同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)探究熱水壺底部水垢的主要成分。

（提出問題）硬水煮沸后的白色固體（水垢）中含有什么物質(zhì)？

（查閱資料）

Ⅰ.硬水中含有一定量的 Ca(HCO3)2 和 Mg(HCO3)2，加熱時(shí)趨于生成溶解度更小的物質(zhì)。 有關(guān)物質(zhì)的溶解性：

物 質(zhì)	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 受熱分解均分別生成對(duì)應(yīng)的兩種氧化物。

（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______。

（實(shí)驗(yàn)）

（1）初步探究白色固體成分

①甲同學(xué)取白色固體少許，加入適量水充分溶解，在上層清液中滴加________溶液（選 填序號(hào)），沒有白色沉淀生成，說明水垢中無 Ca(OH)2；

A 碳酸鈉 B 氯化鉀 C 碳酸鉀

②另取白色固體加入稀鹽酸，觀察到有氣泡產(chǎn)生，甲同學(xué)認(rèn)為還含有 MgCO3，其他同學(xué)否定了他的結(jié)論，理由是__________。

③已知Ca(HCO3)2 受熱分解與碳酸氫鈉受熱分解類似，請(qǐng)寫出Ca(HCO3)2 受熱分解的化學(xué)方程式___________________。

（2）為進(jìn)一步確定白色固體的成分，乙同學(xué)稱取 20g 白色固體，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)：

堿石灰的主要成分是固體 CaO 和 NaOH 的混合物。

①反應(yīng)前，先通一段時(shí)間的空氣，目的是______________。

②實(shí)驗(yàn)中 E 裝置的作用是____________________。

③充分反應(yīng)后，測(cè)得 C 增重 1.8g，D 中增重 6.6g。20g 白色固體中 Mg(OH)2 的質(zhì)量是___________________g。

（結(jié)論）該白色固體中氫氧化鎂與碳酸鈣的質(zhì)量比為_________。

Answer 1

【答案】CaCO3 MgCO3 AC 碳酸鈣與稀鹽酸反應(yīng)也產(chǎn)生氣泡 排盡裝置內(nèi)空氣中的二氧化碳和水，減少誤差 防止外界空氣中的二氧化碳和水進(jìn)入D中，減少誤差 5.8 58:100（或29:50）

【解析】

[猜想]：通過表格可知，不溶物為氫氧化鎂和碳酸鈣，微溶無為碳酸鎂和氫氧化鈣。則可以分析出水垢中一定含有不溶的氫氧化鎂和碳酸鈣，可能含有微溶的氫氧化鈣和碳酸鎂。故答案為：CaCO3、MgCO3；

（1）①甲同學(xué)取白色固體少許，加入適量的水充分溶解，在上層清液中滴加碳酸鉀或碳酸鈉溶液，沒有白色沉淀生成，證明沒有氫氧化鈣。因?yàn)闅溲趸�鈣中的鈣離子會(huì)和碳酸鉀或碳酸鈉中的碳酸根離子結(jié)合，生成碳酸鈣沉淀。所以通過此實(shí)驗(yàn)可以證明出，白色固體不含氫氧化鈣。故答案為：A或C；

②通過猜想可知，粉末中一定含有碳酸鈣，可能含有碳酸鎂。加入的稀鹽酸會(huì)和碳酸鈣、碳酸鎂都會(huì)反應(yīng)生成二氧化碳，有氣體產(chǎn)生，所以無法證明一定含有碳酸鎂。因?yàn)槿舨缓�有碳酸鎂，也能觀察到同樣的現(xiàn)象。故答案為：碳酸鈣與稀鹽酸反應(yīng)也產(chǎn)生氣泡；

③碳酸氫鈉受熱分解為碳酸鈉、水和二氧化碳。則碳酸氫鈣受熱也會(huì)分解為對(duì)應(yīng)的碳酸鹽，即碳酸鈣、水和二氧化碳。故答案為：；

（2）通過實(shí)驗(yàn)信息可知，將固體物質(zhì)加熱，通過測(cè)定生成物的質(zhì)量從而計(jì)算反應(yīng)物的質(zhì)量。根據(jù)題意可知，氫氧化鎂受熱分解的方程式為：，碳酸鎂受熱分解的方程式為：，碳酸鈣受熱分解的方程式為：。C裝置中盛放的無水硫酸銅可以檢測(cè)生成水的質(zhì)量，D裝置中的堿石灰可以檢測(cè)生成的二氧化碳的質(zhì)量。A、E裝置中的堿石灰作用是吸收空氣中的水分和二氧化碳，防止干擾實(shí)驗(yàn)。

①反應(yīng)前，應(yīng)該先通入一段時(shí)間的空氣，目的是排盡裝置內(nèi)空氣中的二氧化碳和水，避免對(duì)實(shí)驗(yàn)造成干擾，減小誤差。故答案為：排盡裝置內(nèi)空氣中的二氧化碳和水，減少誤差；

②通過分析可知，實(shí)驗(yàn)需要通過測(cè)定D裝置增加的重量從而推測(cè)固體的成分。若沒有E裝置，則空氣中的水分和二氧化碳會(huì)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)裝置中，從而影響實(shí)驗(yàn)的測(cè)定，造成誤差。故答案為：防止外界空氣中的二氧化碳和水進(jìn)入D中，減少誤差；

③充分反應(yīng)后，測(cè)得C增重1.8g，則說明生成水的質(zhì)量為1.8g。而三種物質(zhì)中，只有氫氧化鎂受熱分解能生成水，則證明白色固體中含有氫氧化鎂。D中增重6.6g，則說明生成二氧化碳的質(zhì)量為6.6g，白色固體中含有碳酸鹽。

設(shè)20g白色固體中，氫氧化鎂的質(zhì)量為x。

解得x=5.8g。故答案為：5.8；

[結(jié)論]：設(shè)碳酸鈣生成二氧化碳的質(zhì)量為a1，碳酸鎂生成二氧化碳的質(zhì)量為a2，碳酸鈣質(zhì)量為y，則碳酸鎂的質(zhì)量為（20g-5.8g-y）。

解得：y=……①

解得：14.2g-y=……②

則聯(lián)立①、②得：①+②：14.2g=+……③

由根據(jù)題意可知，共計(jì)生成二氧化碳的質(zhì)量為6.6g，則a1+a2=6.6g……④

解得a1=4.4g，a2=2.2g。

所以混合物中，碳酸鈣的質(zhì)量為：，碳酸鎂的質(zhì)量為：20g-5.8g-10g=4.2g。

所以白色固體中氫氧化鎂與碳酸鈣的質(zhì)量比為：5.8g:10g=58:100=29:50。故答案為：58:100（或29:50）。