题目内容
某校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相关问题。
【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下表（20℃）：
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阴离子 阳离子 |
OH- |
CO32- |
HCO3- |
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Ca2+ |
微溶 |
不溶 |
可溶 |
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Mg2+ |
不溶 |
微溶 |
可溶 |
根据上述物质的溶解性，小组同学确定水垢的主要成分中一定含有 和 ，可能含有Ca(OH)2和MgCO3。
【提出问题】水垢的主要成分中是否含有Ca(OH)2和MgCO3呢？
【实验方案1】确定水垢中是否含Ca(OH) 2
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实验步骤 |
实验现象 |
结论 |
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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 |
水垢中 。 |
【实验方案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。其主要实验步骤如下：
精确称量D、E装置总质量为600.0g，按上图组装后，将9.8g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604.4g（碱石灰主要成分为CaO和NaOH，不考虑稀盐酸的挥发性以及装置内空气、外界空气对实验的影响）。
【实验讨论】
⑴加入药品前应 ，反应结束后打开止水夹K，缓缓鼓入空气的目的是 。
⑵任写一个装置B中生成气体的化学反应方程式： 。
⑶装置 B中生成CO2的质量为 g。通过计算说明该水垢中 （填序号）含MgCO3。
A．一定 B．一定不 C．可能 D．无法确定
【实验方案3】定量探究水垢中氢氧化镁的质量分数
另取质量为9.8g的水垢试样，加入7.3%稀盐酸与之恰好完全反应，测得消耗稀盐酸110 g。结合以上数据和实验结论，计算水垢样品中氢氧化镁的质量分数（写出完整的计算过程，计算结果保留一位小数）。
CaCO3和Mg(OH)2 (两个都对得1分) 不含Ca(OH)2 （1）检查装置的气密性 将残留在装置中的二氧化碳全部排入D、E装置中充分吸收 （2）CaCO3+2HCl = CaCl2+H2O+CO2↑或MgCO3+2HCl = MgCl2+H2O+CO2↑ （3）4.4g A；氢氧化镁的质量分数为5.9%
【解析】
试题分析：根据溶解性氢氧化钙和碳酸镁属于微溶，水垢中可能含有，碳酸钙、氢氧化镁属于难溶，所以水垢中的主要成分为氢氧化镁和碳酸钙；加入碳酸钠没有白色沉淀生成说明没有钙离子，说明没有氢氧化钙；⑴加入药品前应先检查装置的气密性，鼓入空气的作用是将残留在装置中的二氧化碳全部排入D、E装置中充分吸收；（2）B装置有两个反应，为CaCO3+2HCl = CaCl2+H2O+CO2↑或MgCO3+2HCl = MgCl2+H2O+CO2↑；（3）生成二氧化碳的总质量就是D、E装置总质量的前后质量之差，为
，如果是纯的碳酸钙和足量的酸反应生成4.4g二氧化碳则需10g，题目中是9.8g，说明还混有碳酸镁。
【实验方案3】解：设用于产生二氧化碳的盐酸质量为
，氢氧化镁质量为
2HCl ～ CO2 Mg(OH) 2+ 2HCl==MgCl2 + 2H2O
73 44 58 73
×7.3%
4.4g 10g×7.3%
，
，解得 
=100g =0.58g
氢氧化镁的质量分数= 0.58g/9.8g×100%≈5.9%
答：水垢样品中氢氧化镁的质量分数为5.9%
考点：探究水垢成分
点评：本题较为综合，是集实验探究和化学方程式计算于一体的题目，题目较为冗长，属于较难的题目，在中考中常作为压轴题出现。
同步练习强化拓展系列答案[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下表：
| 部分钙、镁化合物溶解性表（20℃） | |||
| OH- | CO32- | HCO3- | |
| Ca2+ | 微溶 | 不溶 | 可溶 |
| Mg2+ | 不溶 | 微溶 | 可溶 |
[设计方案]实验1：确定水垢中是否含Ca（OH）2
| 实验步骤 | 实验现象 | 有关化学反应方程式 |
| 在少量研碎的水垢中加入适量的蒸馏水充分搅拌，过滤，在滤液中加入Na2CO3溶液． | 有白色沉淀产生 |
将2.50g水垢样品放入锥形瓶中，加入足量的稀盐酸，吸收生成的二氧化碳气体1.25g，
请回答：
（1）写出碳酸钙与盐酸反应的化学方程式
（2）列式计算，如果水垢中没有碳酸镁，则碳酸钙的质量为多少？
（3）水垢中
A．一定 B．一定不 C．可能 D．无法确定，
理由是：
[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（主要成份为碳酸盐和碱）．有关物质的溶解性见下表：
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 |
猜想一：水垢的成分是______
猜想二：水垢的成分是CaCO3、Mg（OH）2、Ca（0H）2
猜想三：水垢的成分是CaCO3、Mg（OH）2、MgCO3
猜想四：水垢的成分是CaCO3、Mg（OH）2、Ca（0H）2 MgCO3
[方案设计]
（1）确定水垢中是否含有氢氧化钙（2）确定水垢中是否含有碳酸镁
[实验步骤]
（1）
| 实验步骤 | 实验现象 | 实验结论 |
| 在少量研碎的水垢中加入适量的蒸馏水充分搅拌，过滤，再滤液中加入______溶液 | 有______产生 | 水垢中有 氢氧化钙 |
Ⅰ．称量D、E装置总质量为400.00g
Ⅱ．按上图组装后，将3g水垢样品放入锥形瓶中，加入足量稀盐酸至锥形瓶中不再产生气泡，关闭分液漏斗活塞
Ⅲ．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401.54g（碱石灰主要成份为CaO和NaOH，不考虑装置内空气对实验的影响）．
根据实验回答下列问题：
①加入样品前还应______，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______
②装置D中的化学方程式为______
③装置B中生成CO2的质量为______g，水垢中______含MgCO3．
A．一定 B．一定不 C．可能 D．无法确定
[反思延伸]
如何证明水垢中确实有氢氧化镁，小华提出了自己的想法：
另取质量为3g的水垢，加入3.65%的稀盐酸与之反应，测得消耗稀盐酸Wg，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．