Question

長久使用的熱水瓶底部有一層水垢．為了除去熱水瓶底部的水垢，研究性學習小組的同學進行了下列研究和實驗：
【查閱資料】水垢的主要成分是CaCO₃和Mg（OH）₂；Mg（OH）₂與鹽酸反應化學方程式為Mg（OH）₂+2HCl=MgCl₂+2H₂O．
【實驗】取50g水垢的樣品（雜質不與鹽酸和水反應）放入燒杯中，加入足量的質量分數為10%鹽酸，使樣品完全反應，并記錄反應過程中混合物質量的變化．燒杯及樣品和稀鹽酸的質量（m）起始時為300g．實驗數據記錄如下：

反應時間（min）	2	4	6	8	10	12	14	16
m（g）	294.5	290.0	286.0	286.0	283.0	282.4	282.4	282.4

【分析與研究】
（1）分析表中記錄的數據，你認為反應時間為

 

min時記錄的質量數據是錯誤的．
（2）Mg（OH）₂中鎂、氧、氫三種元素的質量比為

 

．
（3）反應后的混合物中含有CaCl₂和MgCl₂．9.5g MgCl₂含有的氯元素的質量與

 

g HCl含有的氯元素的質量相當．
（4）水垢中碳酸鈣的質量分數是多少？

Answer 1

分析：（1）由于碳酸鈣與稀鹽酸反應能產生二氧化碳氣體并從燒杯中逸出，從而造成燒杯及樣品和稀鹽酸的質量減少，氫氧化鎂與稀鹽酸反應不產生氣體，不會造成燒杯及樣品和稀鹽酸的質量減少．只要有碳酸鈣和稀鹽酸存在并接觸，二者就會一直反應，直到其中一種物質完全反應為止．由表中時間和質量數據的變化情況，可以確定出錯誤的質量數據．
（2）化學式中各元素的質量比是元素的相對原子質量與原子個數乘積之比．
（3）物質中元素的質量等于物質的質量與該物質中該元素的質量分數，根據這一計算關系可以計算出HCl的質量．
（4）燒杯及樣品和稀鹽酸減少的總質量就是生成二氧化碳的質量，這一質量可以通過表中數據計算出來，通過這一質量，再根據碳酸鈣與稀鹽酸反應的化學方程式就能計算出水垢中碳酸鈣的質量，最后計算出碳酸鈣與水垢質量的百分比，即為水垢中碳酸鈣的質量分數．

解答：解：（1）碳酸鈣與稀鹽酸反應產生二氧化碳氣體從燒杯中逸出，從而造成燒杯及樣品和稀鹽酸的質量減少，氫氧化鎂與稀鹽酸反應不產生氣體，不會造成燒杯及樣品和稀鹽酸的質量減少．由表中數據可知：8min時和6min時燒杯及樣品和稀鹽酸的質量相等，均為286.0g，比10min時的質量283.0g大，說明8～10min時碳酸鈣與稀鹽酸的反應仍在進行；而8min與6min時燒杯及樣品和稀鹽酸的質量相等，說明6～8min時碳酸鈣與稀鹽酸的反應已經完成．這顯然這是不可能的，不可能前邊反應完成，后邊反應又會進行．只能說明8min時記錄的數據是錯誤的．
（2）氫氧化鎂中鎂、氧、氫三元素的質量比為24：（16×2）：（1×2）=12：16：1
（3）HCl的質量為9.5g×

35.5×2

95

÷

35.5

36.5

=7.3g
（4）設50g水垢中含CaCO₃的質量為x
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100-------------------44
x--------------------17.6g

100

44

=

x

17.6g

，
x=40g
水垢中碳酸鈣的質量分數為

40g

50g

×100%=80%
答：水垢中碳酸鈣的質量分數為80%．
故答案為：（1）8；（2）12：16：1；（3）7.3；（4）水垢中碳酸鈣的質量分數為80%．

點評：本題主要考查化學反應的連續性、有關化學式的計算、質量分數的計算和有關化學方程式的計算．
只要反應物能夠接觸，反應就會一直進行下去，不會停止，直到一種物質或全部反應物完全反應時為止，中間不會間斷．
進行元素質量比的計算時，相對原子質量與原子個數必須要對應、并相乘、再相比．