Question

7．氫化鈣（CaH₂）是一種常用的儲氫材料，也是登山運動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變藍；
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．
【實驗原理】
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)計了以下實驗裝置：
請回答：
①裝置A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；為了實驗安全，點燃C裝置酒精燈前應(yīng)先在E導(dǎo)管口收集氫氣進行驗純或先通一會兒氫氣；
②上圖1裝置B中裝有無水氯化鈣，其作用是干燥H₂，若要證明進入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入C中；
【進行實驗）過程略
【驗證產(chǎn)物】略
【實驗拓展】（2）定性實驗用化學(xué)方法鑒別Ca與CaH₂，完成下表中內(nèi)容．

實驗步驟	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色，證明是氫化鈣，反之是鈣

（3）定量實驗：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，在a時進行收集（選填字母）；
a．剛開始有氣泡時      b．氣泡連續(xù)均勻冒出時       C．氣體經(jīng)過驗純
②按圖3實驗裝置進行測定時，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；（寫出任一點即可）
③乙同學(xué)將實驗裝置改進為如圖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．已知該實驗條件下，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）登山運動員常用氫化鈣作為能源提供劑，與氫氣相比，其優(yōu)點是氫化鈣是固體，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)系對應(yīng)的過程分析每個對應(yīng)的問題，或者直接分析每個問題，從給出的信息中找對應(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，為防止使用過程因為裝置內(nèi)有空氣（氧氣）而導(dǎo)致氫氣爆炸，所以在點燃C裝置酒精燈前應(yīng)先在E導(dǎo)管口收集氫氣進行驗純或先通一會兒氫氣；
②上圖1裝置B中裝有無水氯化鈣，其作用是干燥H₂，檢驗水蒸氣應(yīng)該使用無水硫酸銅，所以若要證明進入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入C中；
【實驗拓展】（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，可以借助點燃固體檢驗對應(yīng)物質(zhì)是否含水，所以有如下的實驗：

實驗步驟	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色，證明是氫化鈣，反之是鈣

（3）定量實驗：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，由于生成的氣體占有體積，所以從開始就應(yīng)該收集，而不是強調(diào)達到一定純度才可以收集，所以選：a．
②按圖3實驗裝置進行測定時，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．已知該實驗條件下，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．鈣對應(yīng)的氫氣的質(zhì)量為x，氫化鈣對應(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)管口收集氫氣進行驗純或先通一會兒氫氣；
②②；
③防止空氣中的水蒸汽進入C中；
（2）若觀察到無水硫酸銅變藍色，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．

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