Question

18．氫化鈣（CaH₂）是一種常用的儲氫材料，也是登山運(yùn)動員常用的能源提供劑．
【資料】
Ⅰ．金屬鈣的活動性很強(qiáng)，遇水即刻劇烈反應(yīng)生成氫氧化鈣，同時產(chǎn)生氫氣．
Ⅱ．氫化鈣要密封保存，一旦接觸到水就發(fā)生反應(yīng)，放出氫氣．
探究一：氫化鈣與水反應(yīng)的生成物
猜想一：氧化鈣和氫氣；猜想二：氫氧化鈣和氫氣．
（1）你認(rèn)為猜想一錯誤，你的理由是根據(jù)水中氫原子和氧原子的個數(shù)比不符．
（2）CaH₂中氫元素的化合價是-1，寫出CaH₂與水反應(yīng)的化學(xué)方程式CaH₂+2H₂O=Ca（OH）₂+2H₂↑．
探究二：實(shí)驗(yàn)室制備氫化鈣
用氫氣與金屬鈣加熱可得到氫化鈣，實(shí)驗(yàn)裝置和步驟如圖所示：

①檢查裝置氣密性；②裝入藥品并打開分液漏斗；③加熱反應(yīng)一段時間；④停止加熱，充分冷卻；⑤關(guān)閉分液漏斗活塞．
（1）步驟①中檢查氣密性的方法是：關(guān)閉分液漏斗的活塞，先把導(dǎo)管的一端放入水中，然后兩手緊握錐形瓶的外壁，觀察導(dǎo)管口是否有氣泡冒出．
（2）裝置B的作用是吸水干燥作用；若要證明進(jìn)入裝置C的氫氣已經(jīng)干燥，應(yīng)在BC之間（填裝置序號）增加裝有無水硫酸銅（試劑名稱）的U型管．
（3）實(shí)驗(yàn)時先打開裝置A中的活塞，一段時間后，再點(diǎn)燃裝置C中的酒精燈，其目的是排出空氣，避免爆炸．
（4）上述實(shí)驗(yàn)步驟存在安全隱患，有同學(xué)建議應(yīng)先預(yù)熱再進(jìn)行加熱．
（5）制備CaH₂實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，某同學(xué)取少量產(chǎn)物，小心加入水中，觀察到有氣泡冒出，在溶液中滴入酚酞后顯紅色．該同學(xué)據(jù)此判斷：上述實(shí)驗(yàn)中確有CaH₂生成．請你判斷他的結(jié)論是否正確并說明理由不正確，因?yàn)闅浠�鈣與水反應(yīng)生成氫氧化鈣和氫氣，鈣與水劇烈反應(yīng)也生成氫氧化鈣，同時產(chǎn)生氫氣；都生成氫氧化鈣，氫氧化鈣顯堿性，因此滴入酚酞后顯紅色．
（6）經(jīng)討論，小組同學(xué)認(rèn)為，可以通過固體質(zhì)量的變化判斷反應(yīng)的發(fā)生．若反應(yīng)前固體的質(zhì)量為a，反應(yīng)后固體的質(zhì)量為b，a＜b（填“＞”“＜”“=”），則說明反應(yīng)發(fā)生．
探究三：產(chǎn)品含量測定
通過上述方法制得的氫化鈣樣品是否純凈？某興趣小組的同學(xué)設(shè)計了幾組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證．
甲組樣品純度的測定裝置如圖所示：A為發(fā)生裝置，B為儲液瓶，C為液體量瓶（有刻度）．

（1）實(shí)驗(yàn)前C中液體為120ml，實(shí)驗(yàn)時將注射器中100ml的水緩緩?fù)迫階裝置，完全反應(yīng)后，B中狀況如圖所示，再用注射器抽氣使B中導(dǎo)管內(nèi)外液面相平，最終C中液體為860ml，注射器中活塞停留在10mL處．則生成氫氣0.75L．
（2）上述操作中抽氣的原因是將生成的氫氣全部吸入錐形瓶中．
乙組同學(xué)也采用測量氫氣體積的方法來測定氫化鈣的純度．裝置及步驟如圖所示：

①檢查裝置氣密性，裝入藥品；②調(diào)整水準(zhǔn)管高度，使量氣裝置兩邊的液面保持同一水平．讀取液面所在的刻度數(shù)據(jù)為10.0mL；③將Y形管慢慢傾斜，直到A端的水全部與B端的樣品混合．④反應(yīng)結(jié)束，冷卻至室溫，調(diào)節(jié)兩端液面齊平，再次讀取液面所在刻度數(shù)據(jù)為110.0mL．
（3）如何判斷樣品與水完全反應(yīng)：量氣管中液面不再變化．
（4）讀取量氣管讀數(shù)時，除了調(diào)節(jié)量氣管和水準(zhǔn)管的液面相平，還需視線與凹液面最低處相平．
（5）已知該條件下，氫氣的密度為0.09mg/cm³．樣品中氫化鈣的純度為88.4%．（精確到0.1%）
丙組同學(xué)取乙組完全反應(yīng)后的Y形管繼續(xù)實(shí)驗(yàn)．
（6）觀察管內(nèi)有較多白色不溶物，請分析不溶物的成分為Ca（OH）₂（填寫化學(xué)式），其不溶的原因的是氫化鈣和水反應(yīng)放出大量的熱，氫氧化鈣在水中的溶解度隨溫度的升高而減小，且氫氧化鈉在水中的溶解度較�。�
丙組同學(xué)向Y型管中滴加稀鹽酸至pH=4，蒸干反應(yīng)后的液體稱量所得固體的質(zhì)量，由此計算氫化鈣的純度．
滴加鹽酸至pH=4的目的是將氫氧化鈣全部轉(zhuǎn)化成氯化鈣．
（7）該組某同學(xué)提出只要稱量Y形管反應(yīng)前后的質(zhì)量差，也能計算氫化鈣的純度．你認(rèn)為該方法是否準(zhǔn)確并說明理由：不準(zhǔn)確，氫化鈣和水反應(yīng)放出大量的熱，一定量的水蒸氣會進(jìn)入量氣管，是Y型管內(nèi)的質(zhì)量差偏大．

Answer 1

分析 探究一：（1）根據(jù)水中氫原子和氧原子的個數(shù)比進(jìn)行分析；
（2）根據(jù)題目所給信息和有關(guān)化合價的計算進(jìn)行解答；
探究二：（1）根據(jù)檢驗(yàn)裝置氣密性的方法進(jìn)行分析；
（2）根據(jù)堿石灰有吸水性，無水硫酸銅吸收水分顯藍(lán)色進(jìn)行分析；
（3）根據(jù)氫氣和氧氣的混合氣點(diǎn)燃，可能發(fā)生爆炸進(jìn)行分析；
（4）根據(jù)給玻璃裝置加熱之前需要先預(yù)熱進(jìn)行分析；
（5）根據(jù)氫化鈣、鈣和水反應(yīng)都會生成氫氧化鈣和氫氣進(jìn)行分析；
（6）根據(jù)氫氣和鈣加熱會生成氫化鈣進(jìn)行分析；
探究三：（1）根據(jù)C裝置中水的體積和注射器內(nèi)活塞的位置進(jìn)行解答；
（2）根據(jù)抽氣可以產(chǎn)生壓力差，使生成的氫氣全部進(jìn)入錐形瓶中，從而正確稱量排出水的體積進(jìn)行分析；
（3）根據(jù)裝置特點(diǎn)和氫化鈣與水反應(yīng)生成氫氣進(jìn)行分析；
（4）根據(jù)量筒的正確讀數(shù)類比量氣管的正確讀數(shù)；
（5）根據(jù)氫氣的質(zhì)量=氫氣的體積×氫氣的密度求出氫氣的質(zhì)量，再結(jié)合氫化鈣與水反應(yīng)方程式及鈣與水反應(yīng)方程式，求出氫化鈣的質(zhì)量，進(jìn)而計算樣品中氫化鈣的純度；
（6）根據(jù)氫氧化鈣在水中的溶解度以及氫氧化鈣溶解度受溫度的影響，氫化鈣和水反應(yīng)生成氫氧化鈣和氫氣放出熱量進(jìn)行分析；
（7）根據(jù)氫化鈣和水反應(yīng)放出熱量，氫氣會攜帶水蒸氣進(jìn)入量氣管中進(jìn)行分析．

解答 解：探究一：（1）我認(rèn)為猜想一錯誤，理由是：根據(jù)水中氫原子和氧原子的個數(shù)比不符；
（2）鈣元素通常顯示+2價，所以CaH₂中氫元素的化合價是-1價，氫化鈣和水反應(yīng)生成氫氧化鈣和氫氣，化學(xué)方程式為：CaH₂+2H₂O=Ca（OH）₂+2H₂↑；
探究二：（1）步驟①中檢查氣密性的方法是：關(guān)閉分液漏斗的活塞，先把導(dǎo)管的一端放入水中，然后兩手緊握錐形瓶的外壁，觀察導(dǎo)管口是否有氣泡冒出；
（2）堿石灰有吸水性，所以裝置B的作用是：吸水干燥作用，無水硫酸銅遇水顯藍(lán)色，所以要證明進(jìn)入裝置C的氫氣已經(jīng)干燥，應(yīng)在BC之間增加裝有無水硫酸銅的U型管，觀察白色的硫酸銅是否變藍(lán)色，如果不變色，證明氫氣比較干燥；
（3）氫氣和氧氣的混合氣點(diǎn)燃，可能發(fā)生爆炸，所以實(shí)驗(yàn)時先打開裝置A中的活塞，一段時間后，再點(diǎn)燃裝置C中的酒精燈，其目的是：排出空氣，避免爆炸；
（4）給玻璃裝置加熱之前需要先預(yù)熱，所以上述實(shí)驗(yàn)步驟存在安全隱患，有同學(xué)建議應(yīng)先預(yù)熱，再進(jìn)行加熱，防止受熱不均，試管炸裂；
（5）上述實(shí)驗(yàn)中確有CaH₂生成不正確，因?yàn)闅浠�鈣與水反應(yīng)生成氫氧化鈣和氫氣，鈣與水劇烈反應(yīng)也生成氫氧化鈣，同時產(chǎn)生氫氣；都生成氫氧化鈣，氫氧化鈣顯堿性，因此滴入酚酞后顯紅色；
（6）氫氣和鈣加熱會生成氫化鈣，所以可以通過固體質(zhì)量的變化判斷反應(yīng)的發(fā)生，若反應(yīng)前固體的質(zhì)量為a，反應(yīng)后固體的質(zhì)量為b，如果a＜b，則說明反應(yīng)發(fā)生；
探究三：（1）通過分析C裝置中水的體積和注射器內(nèi)活塞的位置可知，生成氫氣的體積為：（860mL+10mL-120mL）×$\frac{1}{1000}$=0.75L；
（2）抽氣可以產(chǎn)生壓力差，使生成的氫氣全部進(jìn)入錐形瓶中，從而正確稱量排出水的體積，所以上述操作中抽氣的原因是：將生成的氫氣全部吸入錐形瓶中；
（3）由于氫化鈣與水反應(yīng)生成氫氣，所以判斷樣品與水是否完全反應(yīng)，可以觀察右邊的量氣管中液面，若不再變化，則已完全反應(yīng)；
（4）讀取量氣管讀數(shù)時，除了調(diào)節(jié)量氣管和水準(zhǔn)管的液面相平，還需視線與凹液面最低處相平；
（5）反應(yīng)生成氫氣的質(zhì)量是：100.0mL×0.09mg/mL=9mg
設(shè)樣品中氫化鈣的質(zhì)量是x，生成氫氣質(zhì)量為y，則鈣的質(zhì)量為100mg-x，鈣與水反應(yīng)生成氫氣質(zhì)量為9mg-y，則
CaH₂+2H₂O═Ca（OH）₂+2H₂↑
42                    4
x                     y
$\frac{42}{x}$=$\frac{4}{y}$，解得y=$\frac{2x}{21}$
Ca+2H₂O═Ca（OH）₂+H₂↑
40                 2
100mg-x           9mg-y
$\frac{40}{100mg-x}$=$\frac{2}{9mg-y}$
將y=$\frac{2x}{21}$代入，解得x=88.4mg
所以樣品中氫化鈣的純度為：$\frac{88.4mg}{100mg}$×100%=88.4%；
（6）氫氧化鈣在水中的溶解度較小，氫氧化鈣溶解度隨溫度的影響升高而減小，氫化鈣和水反應(yīng)生成氫氧化鈣和氫氣放出熱量，所以觀察管內(nèi)有較多白色不溶物，該不溶物的成分為Ca（OH）₂，其不溶的原因的是：氫化鈣和水反應(yīng)放出大量的熱，氫氧化鈣在水中的溶解度隨溫度的升高而減小，且氫氧化鈉在水中的溶解度較小，丙組同學(xué)向Y型管中滴加稀鹽酸至pH=4，蒸干反應(yīng)后的液體稱量所得固體的質(zhì)量，由此計算氫化鈣的純度，滴加鹽酸至pH=4的目的是：將氫氧化鈣全部轉(zhuǎn)化成氯化鈣；
（7）氫化鈣和水反應(yīng)放出熱量，氫氣會攜帶水蒸氣進(jìn)入量氣管中，所以該方法不準(zhǔn)確，理由是：氫化鈣和水反應(yīng)放出大量的熱，一定量的水蒸氣會進(jìn)入量氣管，是Y型管內(nèi)的質(zhì)量差偏大．
故答案為：探究一：（1）一，根據(jù)水中氫原子和氧原子的個數(shù)比不符；
（2）-1，CaH₂+2H₂O=Ca（OH）₂+2H₂↑；
探究二：（1）關(guān)閉分液漏斗的活塞，先把導(dǎo)管的一端放入水中，然后兩手緊握錐形瓶的外壁，觀察導(dǎo)管口是否有氣泡冒出；
（2）吸水干燥作用，BC，無水硫酸銅；
（3）排出空氣，避免爆炸；
（4）預(yù)熱；
（5）不正確，因?yàn)闅浠�鈣與水反應(yīng)生成氫氧化鈣和氫氣，鈣與水劇烈反應(yīng)也生成氫氧化鈣，同時產(chǎn)生氫氣；都生成氫氧化鈣，氫氧化鈣顯堿性，因此滴入酚酞后顯紅色；
（6）＜；
探究三：（1）0.75；
（2）將生成的氫氣全部吸入錐形瓶中；
（3）量氣管中液面不再變化；
（4）凹液面最低處；
（5）88.4%；
（6）Ca（OH）₂，氫化鈣和水反應(yīng)放出大量的熱，氫氧化鈣在水中的溶解度隨溫度的升高而減小，且氫氧化鈉在水中的溶解度較��；將氫氧化鈣全部轉(zhuǎn)化成氯化鈣；
（7）不準(zhǔn)確，氫化鈣和水反應(yīng)放出大量的熱，一定量的水蒸氣會進(jìn)入量氣管，是Y型管內(nèi)的質(zhì)量差偏大．

點(diǎn)評 解答本題容易出錯的地方是對猜想的判斷要知道氣體是從水中出來要根據(jù)水中氫原子和氧原子的個數(shù)比考慮，在回答裝置優(yōu)點(diǎn)時要結(jié)合兩種裝置的不同的地方，通過分析改裝后裝置的具體操作過程來分析出優(yōu)點(diǎn)．本題考查內(nèi)容全面而綜合，解答時要根據(jù)相關(guān)知識細(xì)心分析解答，尤其是計算題，能很好的考查學(xué)生對知識的掌握和應(yīng)用能力．