Question

10．水垢中可能含有CaCO₃、MgCO₃、Mg（OH）₂，某學生為了測定水垢的組成，做了如下實驗：
（1）取2.90g水垢樣品，加入40mL鹽酸，為保證固體全部溶解，并使二氧化碳全部逸出，鹽酸的物質的量濃度≥2.5mol/L；
（2）另取2.89g水垢高溫灼燒至恒重，殘余固體為CaO和MgO，其質量為1.48g，產生的氣體被足量的澄清石灰水吸收，得到0.03molCaCO₃沉淀，則原水垢中一定含有MgCO₃，理由是假定都是碳酸鈣，生成1.32克CO₂，需要碳酸鈣的質量=$\frac{1.32}{44}×100$=3g，而質量只有2.89g，所以有碳酸鎂和氫氧化鎂；通過計算確定是否含有Mg（OH）₂？
（3）水垢中CaCO₃的質量分數(shù)？

Answer 1

分析 （1）相對分子質量：CaCO₃是100、MgCO₃是84、Mg（OH）₂是58，三都中碳酸鈣的分子量最大，也就是如果2.9克固體全部碳酸鈣時，物質的量最少消耗的鹽酸的物質的量也最小，由關系式：
CaCO₃～2HCl
1        2
$\frac{2.9}{100}$    $\frac{2.9}{50}$mol
，而為保證固體全部溶解，所以氫氧化鎂消耗酸的能力最強，如果2.9克固體全部氫氧化鎂時，全然后求鹽酸的物質的量濃度的最小值，然后根據兩個最小值，綜合分析；
（2）得到0.03 mol CaCO₃沉淀，需要CO₂的質量=0.03×44=1.32g，則生成水的質量=2.89-1.48-1.32=0.09克
氫氧化鎂的質量=$\frac{0.09}{18}×58$=0.29克
則碳酸鹽的質量=2.89-0.29=2.6克
假定都是碳酸鈣，生成1.32克CO₂，需要碳酸鈣的質量=$\frac{1.32}{44}×100$=3g，與原始質量相比得出結論；
（3）設有碳酸鈣X克，能生成CO₂Y克，最后求出水垢中CaCO₃的質量分數(shù)．

解答 解：（1）相對分子質量：CaCO₃是100、MgCO₃是84、Mg（OH）₂是58，三都中碳酸鈣的分子量最大，也就是如果2.9克固體全部碳酸鈣時，物質的量最少消耗的鹽酸的物質的量也最小，由關系式：
CaCO₃～2HCl
1        2
$\frac{2.9}{100}$    $\frac{2.9}{50}$mol
所以鹽酸的物質的量濃度大于$\frac{\frac{2.9}{50}}{0.04}$=1.45mol/L，
而為保證固體全部溶解，所以氫氧化鎂消耗酸的能力最強，如果2.9克固體全部氫氧化鎂時，
Mg（OH）₂～2HCl
58g       2mol
2.9g      0.1mol，
所以鹽酸的物質的量濃度大于$\frac{0.1}{0.04}$=2.5mol/L，綜上所述為保證固體全部溶解，并使二氧化碳全部逸出，鹽酸的濃度應大于2.5mol/L，
故答案為：2.5；
（2）得到0.03 mol CaCO₃沉淀，需要CO₂的質量=0.03×44=1.32g，則生成水的質量=2.89-1.48-1.32=0.09克
氫氧化鎂的質量=$\frac{0.09}{18}×58$=0.29克
則碳酸鹽的質量=2.89-0.29=2.6克
假定都是碳酸鈣，生成1.32克CO₂，需要碳酸鈣的質量=$\frac{1.32}{44}×100$=3g，所以有碳酸鎂和氫氧化鎂，故答案為：假定都是碳酸鈣，生成1.32克CO₂，需要碳酸鈣的質量=$\frac{1.32}{44}×100$=3g，而質量只有2.89g，所以有碳酸鎂和氫氧化鎂；
（3）設有碳酸鈣X克，能生成CO₂Y克
則有碳酸鎂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的質量分數(shù)為$\frac{0.5}{2.89}×100%$=17.3%，答：水垢中CaCO3的質量分數(shù)為17.3%．．

點評 本題考查了混合組成的分析判斷的有關計算，明確物質之間的反應結合方程式來分析解答，注意根據反應方程式及結合關系式進行計算，題目難度較大．