Question

氢化钙（CaH₂）是一种常用的储氢材料，也是登山运动员常用的能源提供剂．
【资料在线】
Ⅰ．金属钙的活动性很强，遇水即刻剧烈反应生成氢氧化钙，同时产生一种气体．
Ⅱ．氢化钙要密封保存，一旦接触到水就发生反应，放出氢气．
Ⅲ．用氢气与金属钙加热的方法可制得氢化钙．
Ⅳ．白色的无水硫酸铜粉末吸水后会变蓝．
探究一：定性分析
（1）对于“金属钙与水反应生成的气体”有如下猜想：甲．氧气，乙．氢气你支持______（填“甲”、“乙”）观点，理由是______．
（2）CaH₂中氢元素的化合价是______，写出CaH₂与水反应的化学方程式______；
（3）登山运动员常携带氢化钙作为能源提供剂，与携带氢气相比，其优点是______；
（4）用氢气与金属钙加热可得到氢化钙，以下是反应装置图．

装置A 中装有锌粒和稀硫酸，请写出其反应的化学方程式______，装置B 中装有无水氯化钙，其作用是______，若要证明进入C 装置中的氢气已经干燥，在B、C之间应连接下图中的哪个装置：______（填①或②），现象是______．
（5）制备CaH₂实验结束后，某同学取少量产物，小心加入水中，观察到有气泡冒出，在溶液中滴入酚酞后显红色．该同学据此判断：上述实验确有CaH₂生成．你认为是否正确______（填“是”或“否”）；原因是______．
探究二：产物定量测定
测定原理：根据金属钙、氢化钙都能与水反应生成气体的原理，采用测定气体的体积的方法．
（1）取氢化钙样品与水反应，利用图1装置测定生成的气体体积时，在______即进行收集（填字母）．
A．气泡连续均匀时
B．刚开始有气泡时
（2）利用该装置，测得的气体体积总是会偏小，同学讨论后采用图2装置测定气体体积．该装置的优点是______，如何实现A中的水与B中样品接触而发生反应______．
（3）称取46mg 所制得的氢化钙样品，注射器D开始时活塞停留在10mL刻度处，反应结束后充分冷却，活塞最终停留57.04mL刻度处．试通过计算求出样品中氢化钙的纯度（即氢化钙在样品中的质量分数）是______．（设该条件下每11.2mL氢气的质量为1mg）
反思提高：
（1）上述实验在学校的实验室内，通过托盘天平等称量工具______（填“能”、“不能”）完成．
（2）测量小组利用电子天平，采用如下图所示方法以反应前后失去的质量来求算纯度，结果纯度的测定值偏______．

Answer 1

【答案】分析：【探究一：定性分析】
（1）根据反应物中铬种原子个数比考虑；
（2）根据化合价的计算方法和方程式的书写方法考虑；
（3）根据气体体积大不容易携带而固体体积小携带方便考虑；
（4）根据方程式的写法，氯化钙的吸水性，硫酸铜遇水变蓝的特性考虑；
（5）观察到有气泡冒出，在溶液中滴入酚酞后显红色．只能说明有气体生成，溶液显碱性，根据氢化钙与水反应和钙与水反应的现象来分析本题；根据氢化钙与水反应的现象与钙与水反应的现象来考虑结论是否正确；
【探究二：产物定量测定】
（1）根据反应后试管内会存有氢气与原来存有的空气抵消考虑；
（2）根据装置的不同点考虑；
（3）根据活塞读数计算出氢气的体积再换算成质量，根据两个方程式进行计算即可；实验在学校的实验室内，通过托盘天平不能测出气体体积；根据碱石灰的吸水性考虑．
解答：解：【探究一：定性分析】
（1）由于金属钙与水反应生成的气体中的氢和氧都存在与反应物水中，水中氢原子和氧原子的个数比为2：1，所以生成气体只能是氢气；
（2）在CaH₂中钙显+2价，根据正负化合价代数和为零，得氢化合价为-1价；CaH₂与水反应的反应物是CaH₂和H₂O生成物是Ca（OH）₂和H₂用观察法配平；
（3）固体燃料携带方便，且水是登山运动员必须携带物质，有水就能提供出高能量的氢能，所以比携带氢气好；
（4）锌粒和稀硫酸反应的反应物是锌和硫酸，生成物是硫酸锌和氢气，用观察法配平，由于氯化钙具有吸水性可做干燥剂，所以作用是除去混在气体中的水分；因为硫酸铜遇水变蓝，所以在BC之间加入硫酸铜，如果变蓝说明水没被除尽，如果不变蓝说明被除尽；
（5）观察到有气泡冒出，在溶液中滴入酚酞后显红色．该同学据此判断：上述实验确有CaH₂生成，是错误的因为钙与水反应的现象与氢化钙与水反应的现象相同；
【探究二：产物定量测定】
（1）测定生成的气体体积时必须从刚开始就收集，因为反应后试管内会存有氢气与原来存有的空气抵消，体积才基本保持不变；
（2）根据两个装置的不同点可分析出改进后的装置有以下优点：①排除了“因液体加入引起气体排出导致的气体体积测定误差”的可能；②避免了实验操作时，无论塞紧橡皮塞的动作多快，都会有气体逸散的可能；③胶皮管能使两支管内中气体压强保持平衡，便于管 A 中液体顺利流入管B；④评价气球：气球膨胀过程还可以在一定程度上缓冲一下压强，以防氢气直接快速进入注射器，造成活塞脱落，导致实验失败；因为AB管连接处均有胶皮管连接，所以慢慢倾斜A 管，直至液体流入B；
（3）由注射器D开始时活塞停留在10mL刻度处，反应结束后充分冷却，活塞最终停留57.04mL刻度处，可知生成氢气：57.04mL-10mL=47.04mL，又因为该条件下每11.2mL氢气的质量为1mg所以氢气的质量为：
=4.2mg，设混合物中氢化钙的质量为X，生成氢气质量为Y，则钙的质量为46mg-X，钙与水反应生成氢气质量为4.2mg-Y则：
CaH₂+2H₂O═Ca（OH）₂+2H₂↑
42                  4
X                   Y
根据：解得Y=

Ca+2H₂O═Ca（OH）₂+H₂↑
40                2
46mg-X        4.2mg-Y
根据： 
将Y=代入解得X=42mg，所以样品中氢化钙的纯度为：×100%=91.30%；
 实验在学校的实验室内，通过托盘天平不能测出气体体积，所以不能完成，由于碱石灰具有吸水性，能吸收空气中的水分，导致装置质量变化值变小，即产生氢气的质量少了计算结果会偏小．
故答案为：
【探究一：定性分析】
（1）乙；钙与水反应若生成氧气，反应前后氢氧原子个数比不守恒（反应前氢氧原子个数比为 2/1，反应后会大于 2/1）．（其他合理方案也可）
（2）-1； CaH₂+2H₂O═Ca（OH）₂+2H₂↑
（3）固体燃料携带方便，且水是登山运动员必须携带物质，有水就能提供出高能量的氢能
（4）Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；   除去氢气中混有的水蒸气；②；  无水硫酸铜不变色
（5）否；  因为Ca+2H₂O═Ca（OH）₂+H₂↑也能呈现相同的现象（文字表述也可以）
【探究二：产物定量测定】
（1）B；
（2）优点（以下4点只要学生答出其中一点即得1分）
①排除了“因液体加入引起气体排出导致的气体体积测定误差”的可能；
②避免了实验操作时，无论塞紧橡皮塞的动作多快，都会有气体逸散的可能；
③胶皮管能使两支管内中气体压强保持平衡，便于管 A 中液体顺利流入管B；
④评价气球：气球膨胀过程还可以在一定程度上缓冲一下压强，以防氢气直接快速进入注射器，造成活塞脱落，导致实验失败．
因为AB管连接处均有胶皮管连接，所以慢慢倾斜A 管，直至液体流入B
（3）91.30%
【反思提高】
（1）不能
（2）偏低．
点评：解答本题容易出错的地方是对猜想的判断要知道气体是从水中出来要根据水中氢原子和氧原子的个数比考虑，在回答装置优点时要结合两种装置的不同的地方，通过分析改装后装置的具体操作过程来分析出优点．