Question

3．某校研究性学习小组的同学进行了以下化学实验：将金属钙置于空气中燃烧，然后向所得固体产物中加入一定量蒸馏水，此过程中反应放出大量的热，并且放出有臭味的气体．
（1）甲同学提出：运用类比学习的思想，Ca与Mg是同一主族元素，化学性质具有一定的相似性．
请写出Ca在空气中燃烧发生反应的化学方程式：Ca+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CaO₂ 3Ca+N₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$Ca₃N₂ 2Ca+CO₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2CaO+C．
（2）乙同学提出：Ca的性质比Na活泼，在空气中燃烧还应有CaO₂生成，请写出燃烧后固体产物与水反应放出气体的化学方程式：2CaO₂+2H₂O═2Ca（OH）₂+O₂↑ Ca₃N₂+6H₂O═3Ca（OH）₂+2NH₃↑．
丙同学提出用实验的方法探究放出臭味气体的成份：
【查阅资料】1：CaO₂遇水反应生成H₂O₂，H₂O₂可能会分解产生一定量的O₃
2：碘量法是最常用的臭氧测定方法：其原理为强氧化剂臭氧（O₃）与碘化钾（KI）水溶液反应生成游离碘（I₂）．臭氧还原为氧气．反应式为：O₃+2KI+H₂O=O₂+I₂+2KOH【提出假设】假设1：该臭味气体只有NH₃；
假设2：该臭味气体只有O₃；
假设3：该臭味气体含有NH₃和O₃．
【设计方案进行实验探究】
（3）基于假设l，该小同学组设计如下实验方案，并进行实验．请在答题卡上按下表格式完成相关的实验操作步骤、预期现象及结论（仪器自选）．
【限选实验试剂】：红色石蕊试纸、蓝色石蕊试纸、pH试纸、淀粉一KI溶液、蒸馏水．设计实验方案证明你的假设，并按下表格式写出实验操作步骤、预期现象和结论．

实验操作	预期现象和结论
取少量反应后固体于试管中，向试管中加入少量水， 将湿润的红色石蕊试纸置于试管口； 另取少量反应后固体于试管中，向试管中加入少量水， 将产生气体通入淀粉-KI溶液中．

Answer 1

分析 （1）Ca与Mg是同一主族元素，化学性质具有一定的相似性，根据Mg在空气中的燃烧分析，Mg在空气中燃烧，可与O₂、N₂、CO₂反应，所以Ca也能与O₂、N₂、CO₂反应，进而写出化学方程式；
（2）CaO₂类比Na₂O₂，写出化学方程式，CaO₂与水反应生成氧气和氢氧化钙，Ca₂N₃与水反应生成氨气和氢氧化钙；
【提出假设】CaO₂遇水反应生成H₂O₂，H₂O₂可能会分解产生一定量的O₃，只含有一种或两种都有，该臭味气体只有O₃；该臭味气体含有O ₃和NH₃；
（3）根据氨气溶于水显碱性和臭氧的强氧化性设计实验，来验证二者的存在，NH₃溶于水显碱性，可用湿润的红色湿润试纸检验是否含NH₃，利用O₃具有强氧化性，可用淀粉-KI溶液检验是否含O₃．

解答 解：（1）Ca与Mg是同一主族元素，化学性质具有一定的相似性，已知Mg与空气中的氧气、二氧化碳及氮气均反应，则Ca也可以，所以Ca在空气中燃烧发生反应的化学方程式为：Ca+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CaO₂ 3Ca+N₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$Ca₃N₂ 2Ca+CO₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2CaO+C；
故答案为：Ca+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CaO₂ 3Ca+N₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$Ca₃N₂ 2Ca+CO₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2CaO+C；
（2）CaO₂与水反应生成氧气和氢氧化钙，其反应方程式为：2CaO₂+2H₂O═2Ca（OH）₂+O₂↑，Ca₃N₂与水反应生成氨气和氢氧化钙，其反应方程式为：Ca₃N₂+6H₂O═3Ca（OH）₂+3NH₃↑；
故答案为：2CaO₂+2H₂O═2Ca（OH）₂+O₂↑ Ca₃N₂+6H₂O═3Ca（OH）₂+2NH₃↑；
【提出假设】只含有一种或两种都有；即假设该臭味气体只有O₃，假设该臭味气体含有NH₃和O₃，
故答案为：O₃；NH₃和O₃；
（3）已知氨气溶于水显碱性，所以可用湿润的红色石蕊试纸来检验是否含有氨气，臭氧的强氧化性能使淀粉-KI溶液变蓝色，所以可以用淀粉-KI溶液检验是否含有臭氧，其实验操作为：

实 验 操 作	预 期 现 象 与 结 论
取少量反应后固体于试管中，向试管中加入少量水，将湿润的红色石蕊试纸置于试管口； 另取少量反应后固体于试管中，向试管中加入少量水，将产生气体通入淀粉-KI溶液中；	若红色石蕊试纸显蓝色，且淀粉-KI溶液不变色 则假设1成立； 若红色石蕊试纸不显蓝色，且淀粉-KI溶液变蓝色，则假设2成立； 若红色石蕊试纸显蓝色，且淀粉-KI溶液变蓝色，则假设3成立；

，
故答案为：

实 验 操 作	预 期 现 象 与 结 论
取少量反应后固体于试管中，向试管中加入少量水，将湿润的红色石蕊试纸置于试管口； 另取少量反应后固体于试管中，向试管中加入少量水，将产生气体通入淀粉-KI溶液中；	若红色石蕊试纸显蓝色，且淀粉-KI溶液不变色 则假设1成立； 若红色石蕊试纸不显蓝色，且淀粉-KI溶液变蓝色，则假设2成立； 若红色石蕊试纸显蓝色，且淀粉-KI溶液变蓝色，则假设3成立；

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点评 本题以Mg和Ca的性质的相似性为知识背景，考查了学生实验探究能力，同时考查了学生对常见物质检验方法的掌握情况，题目难度中等，注意根据物质的性质设计实验操作．