Question

4．氫化鈣（CaH₂）固體是登山運(yùn)動(dòng)員常用的能源提供劑．氫化鈣要密封保存，一旦接觸到水就發(fā)生反應(yīng)生成氫氧化鈣和氫氣，氫化鈣在一定條件下與氧氣反應(yīng)生成的產(chǎn)物不只一種．氫化鈣通常用氫氣與金屬鈣加熱制取，如圖1是模擬制取裝置．

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）利用上述裝置制取氫化鈣時(shí)按氣流方向連接順序?yàn)椋ㄌ顑x器接口的字母編號(hào)）．
i→e→f→d→c→j（或k）→k（或j）→a
（2）裝有無(wú)水氯化鈣裝置的作用是干燥氫氣．
（3）根據(jù)完整的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟如下：檢查裝置氣密性后，裝入藥品；打開分液漏斗活塞；BADC（請(qǐng)按正確的順序填入下列步驟的標(biāo)號(hào)）．
A、加熱反應(yīng)一段時(shí)間    B、收集氣體并檢驗(yàn)其純度
C、關(guān)閉分液漏斗活塞    D、停止加熱，充分冷卻
（4）甲同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，測(cè)定上述實(shí)驗(yàn)中得到的氫化鈣的純度．請(qǐng)完善下列實(shí)驗(yàn)步驟：
①樣品稱量；
②加入Na₂CO₃溶液（填化學(xué)式），攪拌；
③過(guò)濾（填操作名稱）；洗滌；干燥
④稱量碳酸鈣．
（5）利用上述題目中給出的裝置（試劑可另選）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，用化學(xué)方法證明產(chǎn)物中含有氫化鈣，寫出實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)要步驟及觀察到的現(xiàn)象取適量氫化鈣，在氧氣中燃燒，用無(wú)水硫酸銅檢驗(yàn)生成物，若固體變藍(lán)，說(shuō)明是氫化鈣．
（6）乙同學(xué)利用圖2所示裝置測(cè)定上述實(shí)驗(yàn)中得到的氫化鈣的純度．他稱取46mg所制得的氫化鈣樣品，記錄開始時(shí)注射器活栓停留在lO.00mL刻度處，反應(yīng)結(jié)束后充分冷卻，活栓最終停留在57.04mL刻度處（上述氣體體積均在標(biāo)準(zhǔn)狀況下測(cè)定）．試通過(guò)計(jì)算求樣品中氫化鈣的純度：91.3%．

Answer 1

分析 氫化鈣的制備：鋅和稀硫酸反應(yīng)：Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，氫氣中含有水蒸氣，通過(guò)無(wú)水氯化鈣進(jìn)行干燥，在裝置中和鈣進(jìn)行反應(yīng)Ca+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaH₂，生成氫化鈣，因氫化鈣遇水立即反應(yīng)生成氫氧化鈣和氫氣，所以要防止空氣中的水蒸氣玻璃管中．
（1）一般制備純凈干燥的氣體的實(shí)驗(yàn)裝置的順序?yàn)椋褐苽溲b置→除雜裝置→干燥裝置等；
（2）氫氣中含有水蒸氣，通過(guò)無(wú)水氯化鈣進(jìn)行干燥；
（3）有氣體參加加熱或燃燒的反應(yīng)需要首先驗(yàn)純，實(shí)驗(yàn)完畢后先熄火、冷卻，再停止氣體生成，防止倒吸發(fā)生爆炸；
（4）從最終稱量碳酸鈣可知，應(yīng)加入碳酸鹽溶液，使CaH₂反應(yīng)的同時(shí)得到碳酸鈣沉淀，然后經(jīng)過(guò)濾、洗滌、烘干、稱量，確定純度；
（5）CaH₂可以和氧氣在加熱條件下反應(yīng)生成水，可用無(wú)水硫酸銅檢驗(yàn)，現(xiàn)象是白色變?yōu)樗{(lán)色；
（6）由注射器D開始時(shí)活塞停留在10mL刻度處，反應(yīng)結(jié)束后充分冷卻，活塞最終停留57.04mL刻度處，可知生成氫氣：57.04mL-10mL=47.04mL，所以氫氣的質(zhì)量為：$\frac{0.04704L}{22.4L/mol}$×2g/mol=0.0042g=4.2mg，設(shè)混合物中氫化鈣的質(zhì)量為x，生成氫氣質(zhì)量為y，則鈣的質(zhì)量為46mg-x，鈣與水反應(yīng)生成氫氣質(zhì)量為4.2mg-y，根據(jù)方程式CaH₂+2H₂O═Ca（OH）₂+2H₂↑、Ca+2H₂O═Ca（OH）₂+H₂↑，列方程計(jì)算x、y的值，再根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)定義計(jì)算．

解答 解：（1）鈣屬于極活潑的金屬，極易與水反應(yīng)生成氫氧化鈣和氫氣，而制備的氫氣中會(huì)混有水蒸氣和氯化氫，所以在與鈣化合之前需要除雜和干燥，分別選用試劑是氫氧化鈉和濃硫酸；同時(shí)為防止空氣中水蒸氣進(jìn)入，最后還需要連接干燥管，所以正確的順序?yàn)椋篿→e→f→d→c→j（或k）→k（或j）→a；
故答案為：i→e→f→d→c→j（或k）→k（或j）→a；
（2）裝有無(wú)水氯化鈣裝置的作用是干燥氫氣，故答案為：干燥氫氣；
（3）有氣體參加加熱或燃燒的反應(yīng)需要首先驗(yàn)純，實(shí)驗(yàn)完畢后先熄火、冷卻，再停止氣體生成，防止倒吸發(fā)生爆炸，故正確的操作順序?yàn)椋築ADC，
故答案為：BADC；
（4）從最終稱量碳酸鈣可知，應(yīng)加入碳酸鈉溶液，使CaH₂反應(yīng)的同時(shí)得到碳酸鈣沉淀，然后經(jīng)過(guò)濾、洗滌、烘干、稱量，確定純度，
故答案為：Na₂CO₃；過(guò)濾；
（5）取適量氫化鈣，在加熱條件下與干燥氧氣反應(yīng)，將反應(yīng)氣相產(chǎn)物通過(guò)裝有無(wú)水硫酸銅的干燥管，觀察到白色變?yōu)樗{(lán)色證明為氫化鈣，
故答案為：取適量氫化鈣，在氧氣中燃燒，用無(wú)水硫酸銅檢驗(yàn)生成物，若固體變藍(lán)，說(shuō)明是氫化鈣；
（6）由注射器D開始時(shí)活塞停留在10mL刻度處，反應(yīng)結(jié)束后充分冷卻，活塞最終停留57.04mL刻度處，可知生成氫氣：57.04mL-10mL=47.04mL，所以氫氣的質(zhì)量為：$\frac{0.04704L}{22.4L/mol}$×2g/mol=0.0042g=4.2mg，設(shè)混合物中氫化鈣的質(zhì)量為x，生成氫氣質(zhì)量為y，則鈣的質(zhì)量為46mg-x，鈣與水反應(yīng)生成氫氣質(zhì)量為4.2mg-y，則：
CaH₂+2H₂O═Ca（OH）₂+2H₂↑
42                   4
X                    Y
所以42：4=x：y，
整理的y=$\frac{2x}{21}$
       Ca+2H₂O═Ca（OH）₂+H₂↑
     40         2
46mg-x     4.2mg-y
所以40：2=（46mg-x）：（4.2mg-y），
將y=$\frac{2x}{21}$代入，解得x=42mg，
所以樣品中氫化鈣的純度為：$\frac{42mg}{46mg}$×100%=91.30%，
故答案為：91.3%．

點(diǎn)評(píng) 本題以氫化鈣制備為載體，考查實(shí)驗(yàn)基本技能與操作、對(duì)題中的信息的利用、對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的理解分析、物質(zhì)分離提純、化學(xué)計(jì)算、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，題目難度中等．