Question

10．水垢中可能含有CaCO₃、MgCO₃、Mg（OH）₂，某学生为了测定水垢的组成，做了如下实验：
（1）取2.90g水垢样品，加入40mL盐酸，为保证固体全部溶解，并使二氧化碳全部逸出，盐酸的物质的量浓度≥2.5mol/L；
（2）另取2.89g水垢高温灼烧至恒重，残余固体为CaO和MgO，其质量为1.48g，产生的气体被足量的澄清石灰水吸收，得到0.03molCaCO₃沉淀，则原水垢中一定含有MgCO₃，理由是假定都是碳酸钙，生成1.32克CO₂，需要碳酸钙的质量=$\frac{1.32}{44}×100$=3g，而质量只有2.89g，所以有碳酸镁和氢氧化镁；通过计算确定是否含有Mg（OH）₂？
（3）水垢中CaCO₃的质量分数？

Answer 1

分析 （1）相对分子质量：CaCO₃是100、MgCO₃是84、Mg（OH）₂是58，三都中碳酸钙的分子量最大，也就是如果2.9克固体全部碳酸钙时，物质的量最少消耗的盐酸的物质的量也最小，由关系式：
CaCO₃～2HCl
1        2
$\frac{2.9}{100}$    $\frac{2.9}{50}$mol
，而为保证固体全部溶解，所以氢氧化镁消耗酸的能力最强，如果2.9克固体全部氢氧化镁时，全然后求盐酸的物质的量浓度的最小值，然后根据两个最小值，综合分析；
（2）得到0.03 mol CaCO₃沉淀，需要CO₂的质量=0.03×44=1.32g，则生成水的质量=2.89-1.48-1.32=0.09克
氢氧化镁的质量=$\frac{0.09}{18}×58$=0.29克
则碳酸盐的质量=2.89-0.29=2.6克
假定都是碳酸钙，生成1.32克CO₂，需要碳酸钙的质量=$\frac{1.32}{44}×100$=3g，与原始质量相比得出结论；
（3）设有碳酸钙X克，能生成CO₂Y克，最后求出水垢中CaCO₃的质量分数．

解答 解：（1）相对分子质量：CaCO₃是100、MgCO₃是84、Mg（OH）₂是58，三都中碳酸钙的分子量最大，也就是如果2.9克固体全部碳酸钙时，物质的量最少消耗的盐酸的物质的量也最小，由关系式：
CaCO₃～2HCl
1        2
$\frac{2.9}{100}$    $\frac{2.9}{50}$mol
所以盐酸的物质的量浓度大于$\frac{\frac{2.9}{50}}{0.04}$=1.45mol/L，
而为保证固体全部溶解，所以氢氧化镁消耗酸的能力最强，如果2.9克固体全部氢氧化镁时，
Mg（OH）₂～2HCl
58g       2mol
2.9g      0.1mol，
所以盐酸的物质的量浓度大于$\frac{0.1}{0.04}$=2.5mol/L，综上所述为保证固体全部溶解，并使二氧化碳全部逸出，盐酸的浓度应大于2.5mol/L，
故答案为：2.5；
（2）得到0.03 mol CaCO₃沉淀，需要CO₂的质量=0.03×44=1.32g，则生成水的质量=2.89-1.48-1.32=0.09克
氢氧化镁的质量=$\frac{0.09}{18}×58$=0.29克
则碳酸盐的质量=2.89-0.29=2.6克
假定都是碳酸钙，生成1.32克CO₂，需要碳酸钙的质量=$\frac{1.32}{44}×100$=3g，所以有碳酸镁和氢氧化镁，故答案为：假定都是碳酸钙，生成1.32克CO₂，需要碳酸钙的质量=$\frac{1.32}{44}×100$=3g，而质量只有2.89g，所以有碳酸镁和氢氧化镁；
（3）设有碳酸钙X克，能生成CO₂Y克
则有碳酸镁2.6-X，能生成CO₂1.32-Y
CaCO₃～～～～～CO₂
100           44
X              Y
44X=100Y
MgCO₃～～～～～CO₂
84           44
2.6-X      1.32-Y
44×（2.6-X）=84×（1.32-Y）
解得
X=0.5克
水垢中CaCO3的质量分数为$\frac{0.5}{2.89}×100%$=17.3%，答：水垢中CaCO3的质量分数为17.3%．．

点评 本题考查了混合组成的分析判断的有关计算，明确物质之间的反应结合方程式来分析解答，注意根据反应方程式及结合关系式进行计算，题目难度较大．