Question

【題目】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，某研究性學習小組模擬生產企業制取氫化鈣。

【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、氫化鈣遇水立即發生劇烈反應：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)同學們設計了以下實驗裝置：

請回答：

①裝置A中發生反應的化學方程式為____________________；為了實驗安全，點燃C裝置酒精燈前應先__________________；

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裝置中的氫氣已經干燥，在B、C之間應連接圖2中的__________(選填：①或②)裝置；

③圖1裝置D中濃硫酸的作用是__________________；

【進行實驗)過程略

【驗證產物】略

【實驗拓展】(2)定性實驗用化學方法鑒別Ca與Ca比，完成下表中內容。

實驗步驟	預期現象和結論
取少量固體樣品，在干燥條件下與氧氣反應，將其產物通入裝有無水硫酸銅的干燥管；	___________________

(3)定量實驗：測定Ca和CaH2混合物中CaH2的質量分數。

①取m1g樣品與水完全反應，利用如圖3裝置測定生成的氣體體積時，在_______時進行收集(選填字母)；

a.剛開始有氣泡時 b.氣泡連續均勻冒出時 C.氣體經過驗純

②按圖3實驗裝置進行測定時，甲同學發現，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___________________；(寫出任一點即可)

③乙同學將實驗裝置改進為如圖4(固定裝置省略)所示，調整水準管高度，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，待反應結束后，冷卻至室溫，再次調節量氣管與水準管液面相平，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。樣品中氫化鈣的質量分數為_______________；(結果精確到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，其優點是氫化鈣是固體，攜帶方便。既然金屬鈣與水反應也能生成氫氣，為什么還要將金屬鈣制備成氫化鈣呢?

你的觀點是________________________。

Answer 1

【答案】 Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑ 在E導管口收集氫氣進行驗純或先通一會兒氫氣 ② 防止空氣中的水蒸汽進入C中 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) a 因液體加入引起氣體排出(或反應放熱氣體溫度升高，體積膨脹引起氣體排出)，導致氣體體積測定變大 66.3%(結果精確到0.11%) 等質量的鈣和CaH2與水完全反應， CaH2產生的氫氣多

【解析】（1）①裝置A中，是鋅粒與稀硫酸反應生成硫酸鋅和氫氣．對應的化學方程式為 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有空氣（氧氣）而導致氫氣爆炸，所以在點燃C裝置酒精燈前應先在E導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裝置中的氫氣已經干燥，在B、C之間應連接圖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物質是否含水，所以有如下的實驗：

實驗步驟	預期現象和結論
取少量固體樣品，在干燥條件下與氧氣反應，將 其產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）①取m1g樣品與水完全反應，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，所以從開始就應該收集，而不是強調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，滴入后導致右側的體積變大，同時無論是鈣還是氫化鈣和水反應都有熱量放出，導致氣體體積膨脹，都會影響結果，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反應前讀取量氣管中液面所示刻度為10.0mL，反應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．則生成的氫氣的質量為88.9mL×0.09mg/mL≈8mg；

設氫化鈣的質量為x，則鈣的質量為100mg-x，

Ca+2H2O=Ca（OH）2+H2↑；

40 2

100mg-x

CaH2+2H2O=Ca（OH）2+2H2↑；

42 4

x

+=8mg

x≈66.3mg

樣品中氫化鈣的質量分數為 ×100%=66.3%；
【反思與交流】（4）設鈣和CaH2的質量均為ag．鈣對應的氫氣的質量為x，氫化鈣對應的氫氣為y．

Ca+2H2O=Ca（OH）2+H2↑；

40 2

ag x

x= ag

CaH2+2H2O=Ca（OH）2+2H2↑；

42 4

ag y

y= ag

可見x＜y

即：等質量的鈣和CaH2與水完全反應，CaH2產生的氫氣多。