Question

3．登山運(yùn)動員常利用氫化鈣固體作為能源提供劑．某興趣小組用純凈干燥的氫氣和金屬鈣制取氫化鈣，所選裝置圖如下：

查閱資料：①鈣易與水反應(yīng)生成堿和氣體．
②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．
（1）請按氣流方向連接順序i接e，f接d，c接j，k接 a
（填儀器接口的字母編號）．
（2）裝置A的作用是防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入E裝置；裝置C的作用是除去氫氣中混有的氯化氫氣體．
（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，②①④③（請按正確的順序填入下列步驟的序號）．
①加熱反應(yīng)一段時(shí)間         ②收集氣體并檢驗(yàn)其純度
③關(guān)閉分液漏斗活塞         ④停止加熱，充分冷卻
（4）甲同學(xué)設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，測定上述實(shí)驗(yàn)中得到的氫化鈣的純度．請完善下列實(shí)驗(yàn)步驟．
①樣品稱量  ②加入足量的Na₂CO₃溶液（填化學(xué)式），攪拌、過濾  ③洗滌、干燥（填操作名稱）  ④稱量碳酸鈣的質(zhì)量
（5）乙同學(xué)利用圖2裝置測定上述實(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10.00mL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)狀況下測定）
試通過計(jì)算求樣品中氫化鈣的純度：91.3%．（計(jì)算結(jié)果保留一位小數(shù)）

Answer 1

分析 從裝置可以看出，由裝置D反應(yīng)生成氫氣，而生成的H₂中混有HCl和H₂O，故要先用C裝置除去HCl，然后用B裝置除去水蒸汽，即可得純凈干燥的氫氣，通入E中與金屬鈣在加熱條件下生成CaH₂，由于金屬鈣能和水反應(yīng)，故裝置E的右端要連接裝置A，防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入裝置E，據(jù)此分析．
（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）鈣能和水反應(yīng)生成氫氧化鈣和氫氣；生成的氫氣中混有HCl氣體；
（3）實(shí)驗(yàn)過程中要保證整個(gè)裝置內(nèi)已充滿氫氣，實(shí)驗(yàn)的操作程序是：檢查裝置的氣密性→產(chǎn)生氫氣→收集氫氣并進(jìn)行驗(yàn)純→加熱反應(yīng)→停止加熱→繼續(xù)通氫氣至冷卻→停止通入氫氣；
（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)過濾、洗滌、烘干、稱量，確定純度；
（5）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，k（或k，j）→a；
故答案為：i→e，f→d，c→j，k（或k，j）→a；
（2）由于鈣能和水反應(yīng)生成氫氧化鈣和氫氣，故在裝置E的右端要連接裝置A，防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入裝置E；生成的氫氣中混有HCl氣體，通過裝置C中的NaOH溶液的作用是除去氫氣中的HCl，故答案為：防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入E裝置；除去氫氣中混有的氯化氫氣體；
（3）由于多余的氫氣需要燃燒反應(yīng)掉，所以應(yīng)該先收集一部分氣體并檢驗(yàn)其純度，反應(yīng)結(jié)束后還需要使氫化鈣在氫氣的氛圍中冷卻，所以應(yīng)該最后關(guān)閉分液漏斗活塞，因此正確的順序?yàn)棰冖佗堍�，故答案為：②①④③�?br />（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)過濾、洗滌、烘干、稱量，確定純度，
故答案為：Na₂CO₃；洗滌、烘干；
（5）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 本題以氫化鈣制備為載體，考查實(shí)驗(yàn)基本技能與操作、對好題中的信息的利用、對實(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，本題測重基本實(shí)驗(yàn)操作能力考查，是對學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．