Question

7．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(wú)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?cè)O(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Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；為了實(shí)驗(yàn)安全，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(wú)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②（選填：①或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；
【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)）過(guò)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CaH₂，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(wú)水硫酸銅的干燥管；	若觀察到無(wú)水硫酸銅變藍(lán)色，證明是氫化鈣，反之是鈣

（3）定量實(shí)驗(yàn)：測(cè)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(cè)定生成的氣體體積時(shí)，在a時(shí)進(jìn)行收集（選填字母）；
a．剛開(kāi)始有氣泡時(shí)      b．氣泡連續(xù)均勻冒出時(shí)       C．氣體經(jīng)過(guò)驗(yàn)純
②按圖3實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行測(cè)定時(shí)，甲同學(xué)發(fā)現(xiàn)，即使氣密性良好，操作正確，測(cè)得的氣體體積還是偏大，可能原因是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(cè)定變大；（寫(xiě)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66.3%；（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)是等質(zhì)量的鈣和CaH₂與水完全反應(yīng)，CaH₂產(chǎn)生的氫氣多．

Answer 1

分析 根據(jù)給出的轉(zhuǎn)化關(guān)系對(duì)應(yīng)的過(guò)程分析每個(gè)對(duì)應(yīng)的問(wèn)題，或者直接分析每個(gè)問(wèn)題，從給出的信息中找對(duì)應(yīng)的信息．

解答 解：
（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(guò)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(wú)水氯化鈣，其作用是干燥H₂，檢驗(yàn)水蒸氣應(yīng)該使用無(wú)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(wú)水硫酸銅的干燥管；	若觀察到無(wú)水硫酸銅變藍(lán)色，證明是氫化鈣，反之是鈣

（3）定量實(shí)驗(yàn)：測(cè)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(cè)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(kāi)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(cè)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(wú)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(cè)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                    $\frac{100mg-x}{20}$
CaH₂+2H₂O=Ca（OH）₂+2H₂↑；
42                                     4
x                                        $\frac{4}{42}x$

  $\frac{100mg-x}{20}$+$\frac{4}{42}x$=8mg
x≈66.3mg
樣品中氫化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 $\frac{66.3mg}{100mg}$×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
$\frac{40}{2}$=$\frac{ag}{x}$
x=$\frac{1}{20}ag$
CaH₂+2H₂O=Ca（OH）₂+2H₂↑；
42                                     4
ag                                      y
$\frac{42}{4}$=$\frac{ag}{y}$
y=$\frac{2}{21}$ag
可見(jiàn)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．
故答案為：
（1）①Zn+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；
②②；
③防止空氣中的水蒸汽進(jìn)入C中；
（2）若觀察到無(wú)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）；
（3）①a；②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(cè)定變大；③66.3%；
（4）等質(zhì)量的鈣和CaH₂與水完全反應(yīng)，CaH₂產(chǎn)生的氫氣多．

點(diǎn)評(píng) 讀圖，從中獲得解答題目所需的信息，所以在解答題目時(shí)先看解答的問(wèn)題是什么，然后帶著問(wèn)題去讀給出的圖進(jìn)而去尋找解答有用的信息，這樣提高了信息撲捉的有效性．解答的問(wèn)題實(shí)際上與復(fù)雜的轉(zhuǎn)化圖相比，其實(shí)很簡(jiǎn)單很基礎(chǔ)，或者可以說(shuō)轉(zhuǎn)化圖提供的是情境，考查基本知識(shí)．