题目内容
【题目】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:
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)水垢的主要成分一定有CaCO3和_____(填化学式),可能含有Ca(OH)2和______。
(提出问题)水垢的主要成分中是否含有Ca(OH)2和MgCO3呢?
(设计方案1)确定水垢中是否含Ca(OH)2
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。 | ______________ | 一定不含Ca(OH)2 |
(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:
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其主要实验步骤如下:称量D、E装置总质量为200.0g,按上图组装后,将2.5g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201.25g(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)
(1)反应结束后打开止水夹K,缓缓鼓入空气的目的是_____A、B装置之间_____设置干燥装置。(填“要”或“不要”)其理由是______
(2)装置B盛放稀盐酸的仪器作用是:______
(3)装置 B中生成气体的反应的化学方程式为______
(4)装置B中生成气体的质量为______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
已知CaCO3相对分子质量为100.Mg CO3相对分子质量为84):
(实验方案3)确定水垢中是否含有Mg(OH)2
(5)另取质量为1.2g的水垢试样,加入3.65%稀盐酸与之恰好完全反应,测得消耗稀盐酸mg。合上述实验,判断当m的值满足_____条件时,水垢中一定含有Mg(OH)2
【答案】Mg(OH)2 MgCO3 没有白色沉淀生成 使生成二氧化碳被充分吸收 不要 不会影响吸收二氧化碳的量 控制盐酸的滴加速率,使反应充分进行 CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑ 1.25 A m大于28.6g
【解析】
[提出猜想] 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,结合溶解性,水垢的主要成分一定有CaCO3和Mg(OH)2,可能含有Ca(OH)2和MgCO3;
[设计方案1] 氢氧化钙能与碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀,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,没有白色沉淀生成,水垢中一定不含Ca(OH)2;
[实验方案2]
(1)反应结束后,,装置B中残留的气体为二氧化碳,打开止水夹K,缓缓鼓入空气的目的是排尽装置的二氧化碳,使二氧化碳被充分吸收;A、B装置之间不要设置干燥装置。其理由是经过氢氧化钠溶液后的气体中有较多的水蒸气,但是水蒸气能被C中浓硫酸吸收,不会被氢氧化钠溶液吸收,不影响二氧化碳的质量;
(2)装置B盛放稀盐酸的仪器作用是:控制盐酸的滴加速率,使反应充分进行;
(3)装置 B中生成气体的反应是碳酸钙和盐酸反应生成二氧化碳、水、氯化钙,化学方程式为CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑;
(4)装置D、E用于吸收二氧化碳,反应前D、E装置总质量为200.0g,一段时间后称量装置D、E的总质量为201.25g,说明生成二氧化碳1.25g;设2.5g碳酸钙完全反应生成二氧化碳的质量为x,2.5g碳酸镁完全反应生成二氧化碳的质量为y,
x=1.1g
y>1.1g 碳酸镁比同质量的碳酸钙生成二氧化碳多;
由于水垢比同质量的碳酸钙生成二氧化碳多,可知水垢中一定含有碳酸镁;
(5)另取质量为1.2g的水垢试样,加入3.65%稀盐酸与之恰好完全反应,测得消耗稀盐酸mg。设1.2g碳酸钙消耗盐酸的质量为m,1.2g碳酸镁消耗盐酸的质量为n,1.2g氢氧化镁消耗盐酸的质量为z,
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m=24g
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n≈28.6g
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z≈41.2g
结合上述计算,当m的值满足大于28.6g条件时,水垢中一定含有Mg(OH)2。