Question

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．
【資料在線】
Ⅰ．金屬鈣的活動性很強，遇水即刻劇烈反應生成氫氧化鈣，同時產生一種氣體．
Ⅱ．氫化鈣要密封保存，一旦接觸到水就發生反應，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．
探究一：定性分析
（1）對于“金屬鈣與水反應生成的氣體”有如下猜想：甲．氧氣，乙．氫氣你支持______（填“甲”、“乙”）觀點，理由是______．
（2）CaH₂中氫元素的化合價是______，寫出CaH₂與水反應的化學方程式______；
（3）登山運動員常攜帶氫化鈣作為能源提供劑，與攜帶氫氣相比，其優點是______；
（4）用氫氣與金屬鈣加熱可得到氫化鈣，以下是反應裝置圖．

裝置A 中裝有鋅粒和稀硫酸，請寫出其反應的化學方程式______，裝置B 中裝有無水氯化鈣，其作用是______，若要證明進入C 裝置中的氫氣已經干燥，在B、C之間應連接下圖中的哪個裝置：______（填①或②），現象是______．
（5）制備CaH₂實驗結束后，某同學取少量產物，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．該同學據此判斷：上述實驗確有CaH₂生成．你認為是否正確______（填“是”或“否”）；原因是______．
探究二：產物定量測定
測定原理：根據金屬鈣、氫化鈣都能與水反應生成氣體的原理，采用測定氣體的體積的方法．
（1）取氫化鈣樣品與水反應，利用圖1裝置測定生成的氣體體積時，在______即進行收集（填字母）．
A．氣泡連續均勻時
B．剛開始有氣泡時
（2）利用該裝置，測得的氣體體積總是會偏小，同學討論后采用圖2裝置測定氣體體積．該裝置的優點是______，如何實現A中的水與B中樣品接觸而發生反應______．
（3）稱取46mg 所制得的氫化鈣樣品，注射器D開始時活塞停留在10mL刻度處，反應結束后充分冷卻，活塞最終停留57.04mL刻度處．試通過計算求出樣品中氫化鈣的純度（即氫化鈣在樣品中的質量分數）是______．（設該條件下每11.2mL氫氣的質量為1mg）
反思提高：
（1）上述實驗在學校的實驗室內，通過托盤天平等稱量工具______（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前后失去的質量來求算純度，結果純度的測定值偏______．

Answer 1

【答案】分析：【探究一：定性分析】
（1）根據反應物中鉻種原子個數比考慮；
（2）根據化合價的計算方法和方程式的書寫方法考慮；
（3）根據氣體體積大不容易攜帶而固體體積小攜帶方便考慮；
（4）根據方程式的寫法，氯化鈣的吸水性，硫酸銅遇水變藍的特性考慮；
（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，根據氫化鈣與水反應和鈣與水反應的現象來分析本題；根據氫化鈣與水反應的現象與鈣與水反應的現象來考慮結論是否正確；
【探究二：產物定量測定】
（1）根據反應后試管內會存有氫氣與原來存有的空氣抵消考慮；
（2）根據裝置的不同點考慮；
（3）根據活塞讀數計算出氫氣的體積再換算成質量，根據兩個方程式進行計算即可；實驗在學校的實驗室內，通過托盤天平不能測出氣體體積；根據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生成的氣體中的氫和氧都存在與反應物水中，水中氫原子和氧原子的個數比為2：1，所以生成氣體只能是氫氣；
（2）在CaH₂中鈣顯+2價，根據正負化合價代數和為零，得氫化合價為-1價；CaH₂與水反應的反應物是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，且水是登山運動員必須攜帶物質，有水就能提供出高能量的氫能，所以比攜帶氫氣好；
（4）鋅粒和稀硫酸反應的反應物是鋅和硫酸，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；因為硫酸銅遇水變藍，所以在BC之間加入硫酸銅，如果變藍說明水沒被除盡，如果不變藍說明被除盡；
（5）觀察到有氣泡冒出，在溶液中滴入酚酞后顯紅色．該同學據此判斷：上述實驗確有CaH₂生成，是錯誤的因為鈣與水反應的現象與氫化鈣與水反應的現象相同；
【探究二：產物定量測定】
（1）測定生成的氣體體積時必須從剛開始就收集，因為反應后試管內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）根據兩個裝置的不同點可分析出改進后的裝置有以下優點：①排除了“因液體加入引起氣體排出導致的氣體體積測定誤差”的可能；②避免了實驗操作時，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中氣體壓強保持平衡，便于管 A 中液體順利流入管B；④評價氣球：氣球膨脹過程還可以在一定程度上緩沖一下壓強，以防氫氣直接快速進入注射器，造成活塞脫落，導致實驗失敗；因為AB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開始時活塞停留在10mL刻度處，反應結束后充分冷卻，活塞最終停留57.04mL刻度處，可知生成氫氣：57.04mL-10mL=47.04mL，又因為該條件下每11.2mL氫氣的質量為1mg所以氫氣的質量為：
=4.2mg，設混合物中氫化鈣的質量為X，生成氫氣質量為Y，則鈣的質量為46mg-X，鈣與水反應生成氫氣質量為4.2mg-Y則：
CaH₂+2H₂O═Ca（OH）₂+2H₂↑
42                  4
X                   Y
根據：解得Y=

Ca+2H₂O═Ca（OH）₂+H₂↑
40                2
46mg-X        4.2mg-Y
根據： 
將Y=代入解得X=42mg，所以樣品中氫化鈣的純度為：×100%=91.30%；
 實驗在學校的實驗室內，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，導致裝置質量變化值變小，即產生氫氣的質量少了計算結果會偏小．
故答案為：
【探究一：定性分析】
（1）乙；鈣與水反應若生成氧氣，反應前后氫氧原子個數比不守恒（反應前氫氧原子個數比為 2/1，反應后會大于 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，且水是登山運動員必須攜帶物質，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；  因為Ca+2H₂O═Ca（OH）₂+H₂↑也能呈現相同的現象（文字表述也可以）
【探究二：產物定量測定】
（1）B；
（2）優點（以下4點只要學生答出其中一點即得1分）
①排除了“因液體加入引起氣體排出導致的氣體體積測定誤差”的可能；
②避免了實驗操作時，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中氣體壓強保持平衡，便于管 A 中液體順利流入管B；
④評價氣球：氣球膨脹過程還可以在一定程度上緩沖一下壓強，以防氫氣直接快速進入注射器，造成活塞脫落，導致實驗失敗．
因為AB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水中氫原子和氧原子的個數比考慮，在回答裝置優點時要結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點．