Question

【題目】氫化鈣(CaH2)是一種常用的儲(chǔ)氫材料，也是登山運(yùn)動(dòng)員常用的能源提供劑，某研究性學(xué)習(xí)小組模擬生產(chǎn)企業(yè)制取氫化鈣。

【查閱資料】

I、白色的無水硫酸銅粉末吸水后會(huì)變藍(lán)；

Ⅱ、堿石灰是氧化鈣和氫氧化鈉的混合物；

Ⅲ、鈣、氫化鈣遇水立即發(fā)生劇烈反應(yīng)：Ca+2H2O=Ca(OH)2+H2↑；CaH2+2H2O=Ca(OH)2+2H2↑；

Ⅳ、鈣能燃燒生成氧化鈣；氫化鈣能燃燒生成氧化鈣和水。

【實(shí)驗(yàn)原理】

用鋅粒和稀硫酸反應(yīng)制得干燥、純凈的氫氣，再與金屬鈣在加熱的條件下直接化合，即可制得CaH2。

(1)同學(xué)們設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)裝置：

請(qǐng)回答：

①裝置A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________；為了實(shí)驗(yàn)安全，點(diǎn)燃C裝置酒精燈前應(yīng)先__________________；

②上圖1裝置B中裝有無水氯化鈣，其作用是干燥H2，若要證明進(jìn)入C裝置中的氫氣已經(jīng)干燥，在B、C之間應(yīng)連接圖2中的__________(選填：①或②)裝置；

③圖1裝置D中濃硫酸的作用是__________________；

【進(jìn)行實(shí)驗(yàn))過程略

【驗(yàn)證產(chǎn)物】略

【實(shí)驗(yàn)拓展】(2)定性實(shí)驗(yàn)用化學(xué)方法鑒別Ca與Ca比，完成下表中內(nèi)容。

實(shí)驗(yàn)步驟	預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論
取少量固體樣品，在干燥條件下與氧氣反應(yīng)，將其產(chǎn)物通入裝有無水硫酸銅的干燥管；	___________________

(3)定量實(shí)驗(yàn)：測定Ca和CaH2混合物中CaH2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

①取m1g樣品與水完全反應(yīng)，利用如圖3裝置測定生成的氣體體積時(shí)，在_______時(shí)進(jìn)行收集(選填字母)；

a.剛開始有氣泡時(shí) b.氣泡連續(xù)均勻冒出時(shí) C.氣體經(jīng)過驗(yàn)純

②按圖3實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行測定時(shí)，甲同學(xué)發(fā)現(xiàn)，即使氣密性良好，操作正確，測得的氣體體積還是偏大，可能原因是___________________；(寫出任一點(diǎn)即可)

③乙同學(xué)將實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)為如圖4(固定裝置省略)所示，調(diào)整水準(zhǔn)管高度，使量氣裝置兩邊的液面保持在同一水平面上，讀取量氣管中液面所示刻度為10.0mL。將Y形管慢慢傾斜，直至A中的水全部倒入B中，與樣品混合反應(yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，再次調(diào)節(jié)量氣管與水準(zhǔn)管液面相平，讀取量氣管中液面所示刻度為98.9mL。已知該實(shí)驗(yàn)條件下，氫氣的密度為0.09mg/mL。樣品中氫化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_______________；(結(jié)果精確到0.1%)

【反思與交流】

(4)登山運(yùn)動(dòng)員常用氫化鈣作為能源提供劑，與氫氣相比，其優(yōu)點(diǎn)是氫化鈣是固體，攜帶方便。既然金屬鈣與水反應(yīng)也能生成氫氣，為什么還要將金屬鈣制備成氫化鈣呢?

你的觀點(diǎn)是________________________。

Answer 1

【答案】 Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑ 在E導(dǎo)管口收集氫氣進(jìn)行驗(yàn)純或先通一會(huì)兒氫氣 ② 防止空氣中的水蒸汽進(jìn)入C中 若觀察到無水硫酸銅變藍(lán)色，證明是氫化鈣，反之是鈣(其他合理答案同樣給分) a 因液體加入引起氣體排出(或反應(yīng)放熱氣體溫度升高，體積膨脹引起氣體排出)，導(dǎo)致氣體體積測定變大 66.3%(結(jié)果精確到0.11%) 等質(zhì)量的鈣和CaH2與水完全反應(yīng)， CaH2產(chǎn)生的氫氣多

【解析】（1）①裝置A中，是鋅粒與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋅和氫氣．對(duì)應(yīng)的化學(xué)方程式為 Zn+H2SO4═ZnSO4+H2↑；由于氫氣具有可燃性，為防止使用過程因?yàn)檠b置內(nèi)有空氣（氧氣）而導(dǎo)致氫氣爆炸，所以在點(diǎn)燃C裝置酒精燈前應(yīng)先在E導(dǎo)管口收集氫氣進(jìn)行驗(yàn)純或先通一會(huì)兒氫氣；

②上圖1裝置B中裝有無水氯化鈣，其作用是干燥H2，檢驗(yàn)水蒸氣應(yīng)該使用無水硫酸銅，所以若要證明進(jìn)入C裝置中的氫氣已經(jīng)干燥，在B、C之間應(yīng)連接圖2中的 ②裝置；

③圖1裝置D中濃硫酸的作用是 防止空氣中的水蒸汽進(jìn)入C中；

【實(shí)驗(yàn)拓展】（2）由于“鈣能燃燒生成氧化鈣；氫化鈣能燃燒生成氧化鈣和水“，所以 鑒定鈣或者碳化鈣，可以借助點(diǎn)燃固體檢驗(yàn)對(duì)應(yīng)物質(zhì)是否含水，所以有如下的實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)步驟	預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論
取少量固體樣品，在干燥條件下與氧氣反應(yīng)，將 其產(chǎn)物通入裝有無水硫酸銅的干燥管；	若觀察到無水硫酸銅變藍(lán)色，證明是氫化鈣，反之是鈣

（3）①取m1g樣品與水完全反應(yīng)，利用如圖3裝置測定生成的氣體體積時(shí)，由于生成的氣體占有體積，所以從開始就應(yīng)該收集，而不是強(qiáng)調(diào)達(dá)到一定純度才可以收集，所以選：a；

②按圖3實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行測定時(shí)，由于滴入的液體是有體積的，滴入后導(dǎo)致右側(cè)的體積變大，同時(shí)無論是鈣還是氫化鈣和水反應(yīng)都有熱量放出，導(dǎo)致氣體體積膨脹，都會(huì)影響結(jié)果，所以，即使氣密性良好，操作正確，測得的氣體體積還是偏大；

③反應(yīng)前讀取量氣管中液面所示刻度為10.0mL，反應(yīng)后讀取量氣管中液面所示刻度為98.9mL，則生成的氫氣的體積為99.9mL-10.0mL=88.9mL．已知該實(shí)驗(yàn)條件下，氫氣的密度為0.09mg/mL．則生成的氫氣的質(zhì)量為88.9mL×0.09mg/mL≈8mg；

設(shè)氫化鈣的質(zhì)量為x，則鈣的質(zhì)量為100mg-x，

Ca+2H2O=Ca（OH）2+H2↑；

40 2

100mg-x

CaH2+2H2O=Ca（OH）2+2H2↑；

42 4

x

+=8mg

x≈66.3mg

樣品中氫化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 ×100%=66.3%；
【反思與交流】（4）設(shè)鈣和CaH2的質(zhì)量均為ag．鈣對(duì)應(yīng)的氫氣的質(zhì)量為x，氫化鈣對(duì)應(yīng)的氫氣為y．

Ca+2H2O=Ca（OH）2+H2↑；

40 2

ag x

x= ag

CaH2+2H2O=Ca（OH）2+2H2↑；

42 4

ag y

y= ag

可見x＜y

即：等質(zhì)量的鈣和CaH2與水完全反應(yīng)，CaH2產(chǎn)生的氫氣多。