Question

4．氢化钙（CaH₂）固体是登山运动员常用的能源提供剂．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，氢化钙在一定条件下与氧气反应生成的产物不只一种．氢化钙通常用氢气与金属钙加热制取，如图1是模拟制取装置．

请回答下列问题：
（1）利用上述装置制取氢化钙时按气流方向连接顺序为（填仪器接口的字母编号）．
i→e→f→d→c→j（或k）→k（或j）→a
（2）装有无水氯化钙装置的作用是干燥氢气．
（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；BADC（请按正确的顺序填入下列步骤的标号）．
A、加热反应一段时间    B、收集气体并检验其纯度
C、关闭分液漏斗活塞    D、停止加热，充分冷却
（4）甲同学设计了一个实验，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Na₂CO₃溶液（填化学式），搅拌；
③过滤（填操作名称）；洗涤；干燥
④称量碳酸钙．
（5）利用上述题目中给出的装置（试剂可另选）设计实验，用化学方法证明产物中含有氢化钙，写出实验简要步骤及观察到的现象取适量氢化钙，在氧气中燃烧，用无水硫酸铜检验生成物，若固体变蓝，说明是氢化钙．
（6）乙同学利用图2所示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lO.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%．

Answer 1

分析 氢化钙的制备：锌和稀硫酸反应：Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，氢气中含有水蒸气，通过无水氯化钙进行干燥，在装置中和钙进行反应Ca+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaH₂，生成氢化钙，因氢化钙遇水立即反应生成氢氧化钙和氢气，所以要防止空气中的水蒸气玻璃管中．
（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）氢气中含有水蒸气，通过无水氯化钙进行干燥；
（3）有气体参加加热或燃烧的反应需要首先验纯，实验完毕后先熄火、冷却，再停止气体生成，防止倒吸发生爆炸；
（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）CaH₂可以和氧气在加热条件下反应生成水，可用无水硫酸铜检验，现象是白色变为蓝色；
（6）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（或k）→k（或j）→a；
故答案为：i→e→f→d→c→j（或k）→k（或j）→a；
（2）装有无水氯化钙装置的作用是干燥氢气，故答案为：干燥氢气；
（3）有气体参加加热或燃烧的反应需要首先验纯，实验完毕后先熄火、冷却，再停止气体生成，防止倒吸发生爆炸，故正确的操作顺序为：BADC，
故答案为：BADC；
（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；过滤；
（5）取适量氢化钙，在加热条件下与干燥氧气反应，将反应气相产物通过装有无水硫酸铜的干燥管，观察到白色变为蓝色证明为氢化钙，
故答案为：取适量氢化钙，在氧气中燃烧，用无水硫酸铜检验生成物，若固体变蓝，说明是氢化钙；
（6）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，是对学生综合能力的考查，题目难度中等．