Question

3．登山运动员常利用氢化钙固体作为能源提供剂．某兴趣小组用纯净干燥的氢气和金属钙制取氢化钙，所选装置图如下：

查阅资料：①钙易与水反应生成碱和气体．
②氢化钙要密封保存，一旦接触到水就发生反应生成氢氧化钙和氢气．
（1）请按气流方向连接顺序i接e，f接d，c接j，k接 a
（填仪器接口的字母编号）．
（2）装置A的作用是防止空气中的水蒸气进入E装置；装置C的作用是除去氢气中混有的氯化氢气体．
（3）根据完整的实验装置进行实验，实验步骤如下：检查装置气密性后装入药品；打开分液漏斗活塞，②①④③（请按正确的顺序填入下列步骤的序号）．
①加热反应一段时间         ②收集气体并检验其纯度
③关闭分液漏斗活塞         ④停止加热，充分冷却
（4）甲同学设计一个实验，测定上述实验中得到的氢化钙的纯度．请完善下列实验步骤．
①样品称量  ②加入足量的Na₂CO₃溶液（填化学式），搅拌、过滤  ③洗涤、干燥（填操作名称）  ④称量碳酸钙的质量
（5）乙同学利用图2装置测定上述实验中得到的氢化钙的纯度．他称取46mg 所制得的氢化钙样品，记录开始时注射器活栓停留在10.00mL刻度处，反应结束后充分冷却，活栓最终停留在57.04mL刻度处．（上述气体体积均在标准状况下测定）
试通过计算求样品中氢化钙的纯度：91.3%．（计算结果保留一位小数）

Answer 1

分析 从装置可以看出，由装置D反应生成氢气，而生成的H₂中混有HCl和H₂O，故要先用C装置除去HCl，然后用B装置除去水蒸汽，即可得纯净干燥的氢气，通入E中与金属钙在加热条件下生成CaH₂，由于金属钙能和水反应，故装置E的右端要连接装置A，防止空气中的水蒸气进入装置E，据此分析．
（1）一般制备纯净干燥的气体的实验装置的顺序为：制备装置→除杂装置→干燥装置等；
（2）钙能和水反应生成氢氧化钙和氢气；生成的氢气中混有HCl气体；
（3）实验过程中要保证整个装置内已充满氢气，实验的操作程序是：检查装置的气密性→产生氢气→收集氢气并进行验纯→加热反应→停止加热→继续通氢气至冷却→停止通入氢气；
（4）从最终称量碳酸钙可知，应加入碳酸盐溶液，使CaH₂反应的同时得到碳酸钙沉淀，然后经过滤、洗涤、烘干、称量，确定纯度；
（5）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，所以氢气的质量为：$\frac{0.04704L}{22.4L/mol}$×2g/mol=0.0042g=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，根据方程式CaH₂+2H₂O═Ca（OH）₂+2H₂↑、Ca+2H₂O═Ca（OH）₂+H₂↑，列方程计算x、y的值，再根据质量分数定义计算；

解答 解：（1）钙属于极活泼的金属，极易与水反应生成氢氧化钙和氢气，而制备的氢气中会混有水蒸气和氯化氢，所以在与钙化合之前需要除杂和干燥，分别选用试剂是氢氧化钠和浓硫酸；同时为防止空气中水蒸气进入，最后还需要连接干燥管，所以正确的顺序为：i→e，f→d，c→j，k（或k，j）→a；
故答案为：i→e，f→d，c→j，k（或k，j）→a；
（2）由于钙能和水反应生成氢氧化钙和氢气，故在装置E的右端要连接装置A，防止空气中的水蒸气进入装置E；生成的氢气中混有HCl气体，通过装置C中的NaOH溶液的作用是除去氢气中的HCl，故答案为：防止空气中的水蒸气进入E装置；除去氢气中混有的氯化氢气体；
（3）由于多余的氢气需要燃烧反应掉，所以应该先收集一部分气体并检验其纯度，反应结束后还需要使氢化钙在氢气的氛围中冷却，所以应该最后关闭分液漏斗活塞，因此正确的顺序为②①④③，故答案为：②①④③；
（4）从最终称量碳酸钙可知，应加入碳酸钠溶液，使CaH₂反应的同时得到碳酸钙沉淀，然后经过滤、洗涤、烘干、称量，确定纯度，
故答案为：Na₂CO₃；洗涤、烘干；
（5）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，所以氢气的质量为：$\frac{0.04704L}{22.4L/mol}$×2g/mol=0.0042g=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
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），将y=$\frac{2x}{21}$代入，解得x=42mg，所以样品中氢化钙的纯度为：$\frac{42mg}{46mg}$×100%=91.30%，
故答案为：91.3%

点评 本题以氢化钙制备为载体，考查实验基本技能与操作、对好题中的信息的利用、对实验装置的理解分析、物质分离提纯、化学计算、实验方案设计等，本题测重基本实验操作能力考查，是对学生综合能力的考查，难度中等．