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，某研究性学习小组模拟生产企业制取氢化钙。

【查阅资料】

I、白色的无水硫酸铜粉末吸水后会变蓝；

Ⅱ、碱石灰是氧化钙和氢氧化钠的混合物；

Ⅲ、钙、氢化钙遇水立即发生剧烈反应：Ca+2H₂O=Ca(OH)₂+H₂↑；CaH₂+2H₂O=Ca(OH)₂+2H₂↑；

Ⅳ、钙能燃烧生成氧化钙；氢化钙能燃烧生成氧化钙和水。

【实验原理】

用锌粒和稀硫酸反应制得干燥、纯净的氢气，再与金属钙在加热的条件下直接化合，即可制得CaH₂。

(1)同学们设计了以下实验装置：

请回答：

①装置A中发生反应的化学方程式为____________________；为了实验安全，点燃C装置酒精灯前应先__________________；

②上图1装置B中装有无水氯化钙，其作用是干燥H₂，若要证明进入C装置中的氢气已经干燥，在B、C之间应连接图2中的__________(选填：①或②)装置；

③图1装置D中浓硫酸的作用是__________________；

【进行实验)过程略

【验证产物】略

【实验拓展】(2)定性实验用化学方法鉴别Ca与Ca比，完成下表中内容。

实验步骤	预期现象和结论
取少量固体样品，在干燥条件下与氧气反应，将其产物通入装有无水硫酸铜的干燥管；	___________________

(3)定量实验：测定Ca和CaH₂混合物中CaH₂的质量分数。

①取m1g样品与水完全反应，利用如图3装置测定生成的气体体积时，在_______时进行收集(选填字母)；

a.刚开始有气泡时      b.气泡连续均匀冒出时       C.气体经过验纯

②按图3实验装置进行测定时，甲同学发现，即使气密性良好，操作正确，测得的气体体积还是偏大，可能原因是___________________；(写出任一点即可)

③乙同学将实验装置改进为如图4(固定装置省略)所示，调整水准管高度，使量气装置两边的液面保持在同一水平面上，读取量气管中液面所示刻度为10.0mL。将Y形管慢慢倾斜，直至A中的水全部倒入B中，与样品混合反应，待反应结束后，冷却至室温，再次调节量气管与水准管液面相平，读取量气管中液面所示刻度为98.9mL。已知该实验条件下，氢气的密度为0.09mg/mL。样品中氢化钙的质量分数为_______________；(结果精确到0.1%)

【反思与交流】

(4)登山运动员常用氢化钙作为能源提供剂，与氢气相比，其优点是氢化钙是固体，携带方便。既然金属钙与水反应也能生成氢气，为什么还要将金属钙制备成氢化钙呢?

你的观点是________________________。

Answer

Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑ 在E导管口收集氢气进行验纯或先通一会儿氢气 ② 防止空气中的水蒸汽进入C中 若观察到无水硫酸铜变蓝色，证明是氢化钙，反之是钙(其他合理答案同样给分) a 因液体加入引起气体排出(或反应放热气体温度升高，体积膨胀引起气体排出)，导致气体体积测定变大 66.3%(结果精确到0.11%) 等质量的钙和CaH2与水完全反应， CaH2产生的氢气多

【解析】（1）①装置A中，是锌粒与稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气．对应的化学方程式为 Zn+H2SO4═ZnSO4+H2↑；由于氢气具有可燃性，为防止使用过程因为装置内有空气（氧气）而导致氢气爆炸，所以在点燃C装置酒精灯前应先在E导管口收集氢气进行验纯或先通一会儿氢气；

②上图1装置B中装有无水氯化钙，其作用是干燥H2，检验水蒸气应该使用无水硫酸铜，所以若要证明进入C装置中的氢气已经干燥，在B、C之间应连接图2中的 ②装置；

③图1装置D中浓硫酸的作用是 防止空气中的水蒸汽进入C中；

【实验拓展】（2）由于“钙能燃烧生成氧化钙；氢化钙能燃烧生成氧化钙和水“，所以 鉴定钙或者碳化钙，可以借助点燃固体检验对应物质是否含水，所以有如下的实验：

实验步骤

预期现象和结论

取少量固体样品，在干燥条件下与氧气反应，将
其产物通入装有无水硫酸铜的干燥管；

若观察到无水硫酸铜变蓝色，证明是氢化钙，反之是钙

（3）①取m1g样品与水完全反应，利用如图3装置测定生成的气体体积时，由于生成的气体占有体积，所以从开始就应该收集，而不是强调达到一定纯度才可以收集，所以选：a；

②按图3实验装置进行测定时，由于滴入的液体是有体积的，滴入后导致右侧的体积变大，同时无论是钙还是氢化钙和水反应都有热量放出，导致气体体积膨胀，都会影响结果，所以，即使气密性良好，操作正确，测得的气体体积还是偏大；

③反应前读取量气管中液面所示刻度为10.0mL，反应后读取量气管中液面所示刻度为98.9mL，则生成的氢气的体积为99.9mL-10.0mL=88.9mL．已知该实验条件下，氢气的密度为0.09mg/mL．则生成的氢气的质量为88.9mL×0.09mg/mL≈8mg；

设氢化钙的质量为x，则钙的质量为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

样品中氢化钙的质量分数为 ×100%=66.3%；
【反思与交流】（4）设钙和CaH2的质量均为ag．钙对应的氢气的质量为x，氢化钙对应的氢气为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

可见x＜y

即：等质量的钙和CaH2与水完全反应，CaH2产生的氢气多。