Question

20．某自來水中含有Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺、HCO₃^-、SO₄^2-、Cl^-，長期燒煮上述自來水會在鍋爐內形成水垢，鍋爐水垢不僅耗費燃料，而且有燒壞鍋爐的危險，因此要定期清除鍋爐水垢，已知部分物質20℃時的溶解度數據有：

物質	Mg（OH）2	CaCO3	MgCO3	Ca（OH）2	CaSO4	MgSO4
溶解度（g/100g H2O）	9.0×10-4	1.5×10-3	1.0×10-2	1.7×10-1	2.0×10-1	26.7

（1）請用化學方程式表示鍋爐中的水垢含有Mg（OH）₂的原因：Mg（HCO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgCO₃↓+H₂O+CO₂↑、MgCO₃+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂+CO₂↑．
（2）鍋爐中的水垢所含有的CaSO₄不能直接用酸除去，需要加入試劑X使其轉化為易溶于鹽酸的物質Y而除去，試劑X是C（填序號）．
A．食醋     B．氯化鋇    C．碳酸鈉     D．碳酸氫鈉
CaSO₄能轉化為物質Y的原因是（用文字敘述）碳酸鈣的溶解度小于硫酸鈣的溶解度．
（3）除含CaSO₄、Mg（OH）₂外，鍋爐水垢中還可能含有的物質是（寫化學式）CaCO₃、MgCO₃等．
（4）水中的Ca²⁺、Mg²⁺可以用一定濃度的M溶液進行測定，M與Ca²⁺、Mg²⁺都以等物質的量進行反應，現取含Ca²⁺濃度為0.40g/L的自來水樣10mL至錐形瓶中進行滴定，達到終點時，用去了濃度為0.01mol/L的M溶液20.00mL，則該自來水樣中Mg²⁺的物質的量濃度是0.01 mol/L．

Answer 1

分析 （1）在水中加熱時Mg（HCO₃）和MgCO₃會轉化為Mg（OH）₂；
（2）CaSO₄與酸不反應，必須先轉化為碳酸鈣，再加酸除去；
（3）根據自來水中的離子成分進行分析鍋爐水垢中還可能含有的物質；
（4）根據Ca²⁺濃度求出其質量和物質的量，再根據M與Ca²⁺、Mg²⁺都以等物質的量進行反應，求算Mg²⁺的物質的量及濃度．

解答 解：（1）Mg（OH）₂溶解度小于MgCO₃，在加熱時，MgCO₃易轉化生成Mg（OH）₂，通過質量守恒定律可推測出反應方程式：Mg（HCO₃）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+2CO₂↑，
MgCO₃+H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+CO₂↑，
故答案為：Mg（HCO₃）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+2CO₂↑，MgCO₃+H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+CO₂↑；
（2）CaSO₄與酸不反應，必須先轉化為碳酸鈣，再加酸除去，所以要先加入碳酸鈉；CaSO₄能轉化為物質碳酸鈣的原因是碳酸鈣的溶解度小于硫酸鈣的溶解度，
故答案為：C；碳酸鈣的溶解度小于硫酸鈣的溶解度；
（3）由于自來水中含有Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺、HCO₃^-、SO₄^2-、Cl^-，所以加熱過程中會生成CaSO₄、Mg（OH）₂、MgCO₃、Mg（OH）₂和CaCO₃，
故答案為：CaCO₃、MgCO₃；
（4）10mL自來水樣中Ca²⁺的質量為0.40g/L×10×10^-3L=4×10^-3g，則n（Ca²⁺）=$\frac{m}{M}$=$\frac{4×1{0}^{-3}g}{40g/mol}$=1×10^-4mol，
已知M與Ca²⁺、Mg²⁺都以等物質的量進行反應，所以n（Ca²⁺）=n（M）-n（Ca²⁺）=0.01mol/L×20×10^-3L-1×10^-4mol=1×10^-4mol，
所以c（Mg²⁺）=$\frac{n}{V}$=$\frac{1×1{0}^{-4}mol}{10×1{0}^{-3}L}$=0.01mol/L；
故答案為：0.01mol/L．

點評 本題考查硬水中離子的轉化，離子濃度的求算、新信息處理能力及書寫化學方程式的能力，解題的關鍵是掌握同學們對新信息的處理能力．