Question

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．
【資料在線】
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(shí)產(chǎn)生一種氣體．
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．
Ⅲ．用氫氣與金屬鈣加熱的方法可制得氫化鈣．
Ⅳ．白色的無水硫酸銅粉末吸水后會變藍(lán)．
探究一：定性分析
（1）對于“金屬鈣與水反應(yīng)生成的氣體”有如下猜想：甲．氧氣，乙．氫氣你支持

乙

（填“甲”、“乙”）觀點(diǎn)，理由是

鈣與水反應(yīng)若生成氧氣，反應(yīng)前后氫氧原子個(gè)數(shù)比不守恒（反應(yīng)前氫氧原子個(gè)數(shù)比為2/1，反應(yīng)后會大于2/1）

．
（2）CaH₂中氫元素的化合價(jià)是

-1

，寫出CaH₂與水反應(yīng)的化學(xué)方程式

CaH₂+2H₂O═Ca（OH）₂+2H₂↑

；
（3）登山運(yùn)動員常攜帶氫化鈣作為能源提供劑，與攜帶氫氣相比，其優(yōu)點(diǎn)是

固體燃料攜帶方便，且水是登山運(yùn)動員必須攜帶物質(zhì)，有水就能提供出高能量的氫能

；
（4）用氫氣與金屬鈣加熱可得到氫化鈣，以下是反應(yīng)裝置圖．

裝置A 中裝有鋅粒和稀硫酸，請寫出其反應(yīng)的化學(xué)方程式

Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；

，裝置B 中裝有無水氯化鈣，其作用是

除去氫氣中混有的水蒸氣

，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)連接下圖中的哪個(gè)裝置：

②

（填①或②），現(xiàn)象是

無水硫酸銅不變色

．
（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)確有CaH₂生成．你認(rèn)為是否正確

否

（填“是”或“否”）；原因是

因?yàn)镃a+2H₂O═Ca（OH）₂+H₂↑也能呈現(xiàn)相同的現(xiàn)象

．
探究二：產(chǎn)物定量測定
測定原理：根據(jù)金屬鈣、氫化鈣都能與水反應(yīng)生成氣體的原理，采用測定氣體的體積的方法．
（1）取氫化鈣樣品與水反應(yīng)，利用圖1裝置測定生成的氣體體積時(shí)，在

B

即進(jìn)行收集（填字母）．
A．氣泡連續(xù)均勻時(shí)
B．剛開始有氣泡時(shí)
（2）利用該裝置，測得的氣體體積總是會偏小，同學(xué)討論后采用圖2裝置測定氣體體積．該裝置的優(yōu)點(diǎn)是

①排除了“因液體加入引起氣體排出導(dǎo)致的氣體體積測定誤差”的可能；②避免了實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，無論塞緊橡皮塞的動作多快，都會有氣體逸散的可能；③膠皮管能使兩支管內(nèi)中氣體壓強(qiáng)保持平衡，便于管A中液體順利流入管B；④評價(jià)氣球：氣球膨脹過程還可以在一定程度上緩沖一下壓強(qiáng)，以防氫氣直接快速進(jìn)入注射器，造成活塞脫落，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗

，如何實(shí)現(xiàn)A中的水與B中樣品接觸而發(fā)生反應(yīng)

因?yàn)锳B管連接處均有膠皮管連接，所以慢慢傾斜A管，直至液體流入B

．
（3）稱取46mg 所制得的氫化鈣樣品，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．試通過計(jì)算求出樣品中氫化鈣的純度（即氫化鈣在樣品中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）是

91.30%

．（設(shè)該條件下每11.2mL氫氣的質(zhì)量為1mg）
反思提高：
（1）上述實(shí)驗(yàn)在學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，通過托盤天平等稱量工具

不能

（填“能”、“不能”）完成．
（2）測量小組利用電子天平，采用如下圖所示方法以反應(yīng)前后失去的質(zhì)量來求算純度，結(jié)果純度的測定值偏

偏低

．

Answer 1

分析：【探究一：定性分析】
（1）根據(jù)反應(yīng)物中鉻種原子個(gè)數(shù)比考慮；
（2）根據(jù)化合價(jià)的計(jì)算方法和方程式的書寫方法考慮；
（3）根據(jù)氣體體積大不容易攜帶而固體體積小攜帶方便考慮；
（4）根據(jù)方程式的寫法，氯化鈣的吸水性，硫酸銅遇水變藍(lán)的特性考慮；
（5）觀察到有氣泡冒出，在溶液中滴入酚酞后顯紅色．只能說明有氣體生成，溶液顯堿性，根據(jù)氫化鈣與水反應(yīng)和鈣與水反應(yīng)的現(xiàn)象來分析本題；根據(jù)氫化鈣與水反應(yīng)的現(xiàn)象與鈣與水反應(yīng)的現(xiàn)象來考慮結(jié)論是否正確；
【探究二：產(chǎn)物定量測定】
（1）根據(jù)反應(yīng)后試管內(nèi)會存有氫氣與原來存有的空氣抵消考慮；
（2）根據(jù)裝置的不同點(diǎn)考慮；
（3）根據(jù)活塞讀數(shù)計(jì)算出氫氣的體積再換算成質(zhì)量，根據(jù)兩個(gè)方程式進(jìn)行計(jì)算即可；實(shí)驗(yàn)在學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，通過托盤天平不能測出氣體體積；根據(jù)堿石灰的吸水性考慮．

解答：解：【探究一：定性分析】
（1）由于金屬鈣與水反應(yīng)生成的氣體中的氫和氧都存在與反應(yīng)物水中，水中氫原子和氧原子的個(gè)數(shù)比為2：1，所以生成氣體只能是氫氣；
（2）在CaH₂中鈣顯+2價(jià)，根據(jù)正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為零，得氫化合價(jià)為-1價(jià)；CaH₂與水反應(yīng)的反應(yīng)物是CaH₂和H₂O生成物是Ca（OH）₂和H₂用觀察法配平；
（3）固體燃料攜帶方便，且水是登山運(yùn)動員必須攜帶物質(zhì)，有水就能提供出高能量的氫能，所以比攜帶氫氣好；
（4）鋅粒和稀硫酸反應(yīng)的反應(yīng)物是鋅和硫酸，生成物是硫酸鋅和氫氣，用觀察法配平，由于氯化鈣具有吸水性可做干燥劑，所以作用是除去混在氣體中的水分；因?yàn)榱蛩徙~遇水變藍(lán)，所以在BC之間加入硫酸銅，如果變藍(lán)說明水沒被除盡，如果不變藍(lán)說明被除盡；
（5）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)確有CaH₂生成，是錯誤的因?yàn)殁}與水反應(yīng)的現(xiàn)象與氫化鈣與水反應(yīng)的現(xiàn)象相同；
【探究二：產(chǎn)物定量測定】
（1）測定生成的氣體體積時(shí)必須從剛開始就收集，因?yàn)榉磻?yīng)后試管內(nèi)會存有氫氣與原來存有的空氣抵消，體積才基本保持不變；
（2）根據(jù)兩個(gè)裝置的不同點(diǎn)可分析出改進(jìn)后的裝置有以下優(yōu)點(diǎn)：①排除了“因液體加入引起氣體排出導(dǎo)致的氣體體積測定誤差”的可能；②避免了實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，無論塞緊橡皮塞的動作多快，都會有氣體逸散的可能；③膠皮管能使兩支管內(nèi)中氣體壓強(qiáng)保持平衡，便于管 A 中液體順利流入管B；④評價(jià)氣球：氣球膨脹過程還可以在一定程度上緩沖一下壓強(qiáng)，以防氫氣直接快速進(jìn)入注射器，造成活塞脫落，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失�。灰�?yàn)锳B管連接處均有膠皮管連接，所以慢慢傾斜A 管，直至液體流入B；
（3）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，又因?yàn)樵摋l件下每11.2mL氫氣的質(zhì)量為1mg所以氫氣的質(zhì)量為：

47.04mL

11.2mL/mg

=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
根據(jù)：

42

4

=

X

Y

解得Y=

2X

21

Ca+2H₂O═Ca（OH）₂+H₂↑
40                2
46mg-X        4.2mg-Y
根據(jù)：

40

2

=

46mg-X

4.2mg-Y

 
將Y=

2X

21

代入解得X=42mg，所以樣品中氫化鈣的純度為：

42mg

46mg

×100%=91.30%；
 實(shí)驗(yàn)在學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，通過托盤天平不能測出氣體體積，所以不能完成，由于堿石灰具有吸水性，能吸收空氣中的水分，導(dǎo)致裝置質(zhì)量變化值變小，即產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量少了計(jì)算結(jié)果會偏�。�
故答案為：
【探究一：定性分析】
（1）乙；鈣與水反應(yīng)若生成氧氣，反應(yīng)前后氫氧原子個(gè)數(shù)比不守恒（反應(yīng)前氫氧原子個(gè)數(shù)比為 2/1，反應(yīng)后會大于 2/1）．（其他合理方案也可）
（2）-1； CaH₂+2H₂O═Ca（OH）₂+2H₂↑
（3）固體燃料攜帶方便，且水是登山運(yùn)動員必須攜帶物質(zhì)，有水就能提供出高能量的氫能
（4）Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；   除去氫氣中混有的水蒸氣；②；  無水硫酸銅不變色
（5）否；  因?yàn)镃a+2H₂O═Ca（OH）₂+H₂↑也能呈現(xiàn)相同的現(xiàn)象（文字表述也可以）
【探究二：產(chǎn)物定量測定】
（1）B；
（2）優(yōu)點(diǎn)（以下4點(diǎn)只要學(xué)生答出其中一點(diǎn)即得1分）
①排除了“因液體加入引起氣體排出導(dǎo)致的氣體體積測定誤差”的可能；
②避免了實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，無論塞緊橡皮塞的動作多快，都會有氣體逸散的可能；
③膠皮管能使兩支管內(nèi)中氣體壓強(qiáng)保持平衡，便于管 A 中液體順利流入管B；
④評價(jià)氣球：氣球膨脹過程還可以在一定程度上緩沖一下壓強(qiáng)，以防氫氣直接快速進(jìn)入注射器，造成活塞脫落，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗．
因?yàn)锳B管連接處均有膠皮管連接，所以慢慢傾斜A 管，直至液體流入B
（3）91.30%
【反思提高】
（1）不能
（2）偏低．

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(gè)數(shù)比考慮，在回答裝置優(yōu)點(diǎn)時(shí)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)．