Question

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表

部分钙、镁化合物溶解性表（20℃）
阴离子阳离子	OH-	CO32-	HCO3-
Ca2+	微溶	不溶	可溶
Mg2+	不溶	微溶	可溶

[提出猜想]水垢的主要成分中一定含有______和______，可能含有Ca（OH）₂和MgCO₃（填化学式）．
[设计方案]实验1：确定水垢中是否含Ca（OH）₂和CaCO₃

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	______

实验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．其主要实验步骤发下：

称量D、E装置总质量为600.00g，按上图组装后，将2.50g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601.25g（碱石灰主要成分为CaO和NaOH，不考虑装置内空气对实验的影响）．
[实验讨论]（1）加入样品前还应______，装置B中盛放稀盐酸的仪器名称为______，装置C的作用是______，反应结束后打开止水夹K，缓缓鼓入空气的目的是______，装置A的作用是______，A、B装置之间设置干燥装置（填：“要”、“不要”），______理由是______．
（2）装置B中生成气体的化学方程式为______（只要求写一种），装置D中的化学方程式为______．
（3）装置B中生成CO₂的质量为______g．通过计算说明水垢中______含MgCO₃（填字母）．
A． 一定B． 一定不C． 可能D． 无法确定
计算过程（已知物质相对分子质量  CaCO₃：100    MgCO₃：84）：
实验3：确定水垢中是否含有Mg（OH）₂另取质量为2.50g的水垢，加入3.65%的稀盐酸与之反应，测得消耗稀盐酸w g．．结合以上实验结论，判断w的值满足______条件时，水垢中一定含有Mg（OH）₂（请通过计算说明）．

Answer 1

【答案】分析：[提出猜想]根据天然水中含有Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-等离子的信息和溶解性表回答．
[设计方案]根据碳酸钙难溶于水，氢氧化钙与碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠的性质回答．
[实验讨论]（1）使用或制取气体的实验要求先检查装置的气密性；根据仪器的名称和用途回答使用的仪器；根据浓硫酸的吸水性回答装置C的作用；反应前通入空气是为了排除装置中原空气中的二氧化碳，反应后通入空气是为了把反应生成的二氧化碳排到D中；根据氢氧化钠能和二氧化碳反应回答A的作用．
（2）根据碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙、水、二氧化碳书写装置B中生成气体的化学方程式；根据氢氧化钠和二氧化碳反应生成碳酸钠和水书写装置D中的化学方程式．
（3）根据装置D的增重判断生成的二氧化碳的质量为1.25g；
但2.50g碳酸钙根据方程式计算可生成的二氧化碳1.1g，所以含碳酸镁；
根据碳酸钙、碳酸镁、氢氧化镁与盐酸反应的方程式，分别计算它们2.50g消耗盐酸的质量，其中氢氧化镁消耗最多，其次为碳酸镁，假设2.50g全为碳酸镁，消耗盐酸59.5g，w＞59.5g时，定有氢氧化镁．
解答：解：[提出猜想]根据溶解性表，碳酸镁和氢氧化镁不溶，天然水中含有Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-等离子，碳酸盐的水溶液呈碱性，即含氢氧根离子，碳酸氢某受热易分解成碳酸某，所以水垢中定有CaCO₃；Mg（OH）₂．
[设计方案]根据碳酸钙难溶于水，加水溶解有不溶物，说明有碳酸钙；过滤时除去了碳酸钙，氢氧化钙与碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠，由于没有沉淀生成，所以无氢氧化钙．
[实验讨论]（1）使用或制取气体的实验要求先检查装置的气密性，所以加入样品前还应检查装置气密性；装置B中盛放稀盐酸的仪器是加入液体药品用的，有开关，为分液漏斗；浓硫酸朋吸水性，装置C的作用干燥二氧化碳气体；反应前通入空气是为了排除装置中原空气中的二氧化碳，反应后通入空气是为了把反应生成的二氧化碳排到D中去吸收；氢氧化钠能和二氧化碳反应生成碳酸钠和水，A的作用是吸收空气中的二氧化碳；A、B装置之间没有设置干燥装置，因为二氧化碳进入D装置前有气体干燥装置C．
（2）根据碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙、水、二氧化碳，装置B中生成气体的化学方程式CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑；根据氢氧化钠和二氧化碳反应生成碳酸钠和水，装置D中的化学方程式2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O．
（3）根据装置D的增重判断生成的二氧化碳的质量为1.25g；
根据碳酸钙、碳酸镁、氢氧化镁与盐酸反应的方程式，分别计算它们2.50g消耗盐酸的质量，其中氢氧化镁消耗最多，其次为碳酸镁，假设2.50g全为碳酸镁，消耗盐酸59.5g，即如没有氢氧化镁，2.50g水垢最多消耗盐酸为59.5g，w＞59.5g时，定有氢氧化镁．
故答案为：查阅资料：CaCO₃；Mg（OH）₂；实验一：一定不含量Ca（OH）₂；一定含CaCO₃；（1）实验二：检查装置气密性；分液漏斗；干燥二氧化碳气体；使反应产生二氧化碳被D、E完全吸收；除去空气中二氧化碳；不要；因为二氧化碳进入D装置前有气体干燥装置C；（2）CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑；2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O；（3）1.25g；A；实验3：w＞59.5g．
点评：复分解反应是初中化学的重点之一，是中考必考内容，试题形式多样，但万变不离其宗，多是变相考查复分解反应发生的条件．