Question

1．军事和气象野外作业常用CaH₂做为生氢剂，钙与氢气隔绝空气加热可获得CaH₂． 现有甲、乙两位同学分别设计了制备纯净CaH₂的实验，装置如图1所示（分别以序号Ⅰ、Ⅱ表示．铁架台等夹持固定仪器已略去）．请回答下列问题：

（1）最后实验结果显示，两位同学的实验装置设计都有缺陷．请你两套装罝中选取你认为合理的部分，按从左到右的顺序组装一套制取CaH₂的合理装置DBC（用序号A、B、C…表亦）
（2）根据完整的实验装置进行实验，实验步骤如下，请补全必要的实验步骤；
步骤1：检査装置气密性后，装人药品
步骤2：打开弹簧夹，使盐酸与锌粒接触产生气体1
步骤3向装置中通入氢气并在C处收集氢气并检验是否纯净
舟骤4：点燃酒精饤，反应一段时间：
步骤5：停止加热，继续通入氢气使固体充分冷却
步骤6：关闭弹簧夹使盐酸与锌粒分离，停止反应，
（3）离子型金属氢化物，如NaH、CaH₂，等，易与水反应产牛氢气．试写出CaH₂与水反应的化学反应方程式，并用单线桥表示出电子转移的方向和数目：，结合上述反应，实验结束后，甲同学取少量产物，小心加入水中，观察到有气泡冒出，溶液中加入酚酞后显红色，该同学据此推断，上述实验确有CaH₂生成．请你分析该同学的判断是否合理？（填“是”或“否”）．若不合理解释原因（若判断合理，此问不用两答）否，金属钙和水反应也有相似的实验现象
（4）乙同学利用如图2装置，通过测定一定质量固体和足量水反应生成气体的体积来判断是否有CaH₂生成．若固体的质量为m g、实验条件下的气体摩尔体枳为a L/mol、滴人到烧瓶中的水的体积为bL，当V（H₂）体积为$\frac{mg}{42g/mol}$×aL/mol-bL＜V（H₂）＜$\frac{mg}{40g/mol}×aL/mol$×2-bL 范围时，可说明有CaH₂生成．

Answer 1

分析 （1）用锌和稀盐酸制取氢气时，该反应是放热反应，放出的热量使盐酸、水挥发，所以得到的气体中含有氯化氢和水蒸气，为防止HCl和水与Ca反应，则应该先除杂、干燥氢气；加热条件下氢气和Ca反应生成氢化钙，为防止空气中水蒸气和氧气进入硬质试管中，右边连接硬质试管的导气管应该与干燥管相连；
（2）步骤3：在点燃酒精灯之前，应该通入氢气并检验氢气纯度；
步骤5：停止加热，且要防止氢化钙水解和被氧化；
（3）氢化钙和水反应生成氢氧化钙和氢气，该反应中H元素化合价由+1价、-1价变为0价，转移电子数是2；Ca和水反应也生成氢气和氢氧化钙，与氢化钙和水反应产物相同；
（4）根据转移电子守恒知，生成氢气物质的量与钙的物质的量相等，是氢化钙的物质的量2倍，如果只含氢化钙，生成氢气体积=$\frac{mg}{42g/mol}$×aL/mol-bL，如果只含钙，生成氢气体积=$\frac{mg}{40g/mol}×aL/mol$×2-bL．

解答 解：（1）用锌和稀盐酸制取氢气时，该反应是放热反应，放出的热量使盐酸、水挥发，所以得到的气体中含有氯化氢和水蒸气，为防止HCl和水与Ca反应，则应该先除杂、干燥氢气；加热条件下氢气和Ca反应生成氢化钙，为防止空气中水蒸气和氧气进入硬质试管中，右边连接硬质试管的导气管应该与干燥管相连，为达到实验目的，选取的仪器应该是DBC，故答案为：DBC；
（2）步骤3：在点燃酒精灯之前，应该通入氢气并检验氢气纯度，否则易产生爆炸；
步骤5：停止加热，且要防止氢化钙水解和被氧化，所以要继续通入氢气使固体充分冷却，
故答案为：向装置中通入氢气并在C处收集氢气并检验是否纯净；停止加热，继续通入氢气使固体充分冷却；
（3）氢化钙和水反应生成氢氧化钙和氢气，该反应中H元素化合价由+1价、-1价变为0价，转移电子数是2，其转移电子方向和数目为；Ca和水反应也生成氢气和氢氧化钙，与氢化钙和水反应产物相同，所以不能据此判断含有氢化钙，
故答案为：；否；金属钙和水反应也有相似的实验现象；
（4）根据转移电子守恒知，生成氢气物质的量与钙的物质的量相等，是氢化钙的物质的量2倍，如果只含氢化钙，生成氢气体积=$\frac{mg}{42g/mol}$×aL/mol-bL，如果只含钙，生成氢气体积=$\frac{mg}{40g/mol}×aL/mol$×2-bL，如果钙和氢化钙都有，则生成氢气体积介于二者之间，故答案为：$\frac{mg}{42g/mol}$×aL/mol-bL＜V（H₂）＜$\frac{mg}{40g/mol}×aL/mol$×2-bL．

点评 本题考查物质制备，为高频考点，涉及实验基本操作、实验装置选取、化学方程式的计算、氧化还原反应等知识点，侧重考查基本操作、基本理论，明确实验原理及基本操作方法是解本题关键，题目难度不大．