Question

19．電石（主要成分為CaC₂，雜質為CaO和CaS）是工業制乙炔的常見原料，某研究性學習小組擬用以下兩種方案測定CaC₂的質量分數，試完成下列各題．
方法一：稱取1.04g樣品于圓底燒瓶中，用分液漏斗加入適量的水，使樣品反應完全，將產生的無色氣體經B洗氣后，通過量氣裝置測得乙炔氣體體積為標準狀況下448mL（不考慮乙炔在水中的溶解，下同）．
（1）電石水解生成乙炔氣體的化學方程式為CaC₂+2H₂O→Ca（OH）₂+C₂H₂↑．
（2）用兩個裝入適當試劑的廣口瓶、兩個雙孔橡膠塞及導管若干，完成上述實驗的裝置，請在圖中將其補充完整，并注明廣口瓶中裝入試劑的名稱．

（3）對獲得準確的氣體體積無益的操作有③（填序號）．
①檢查裝置的氣密性；
②恢復到室溫后再上下調整量筒位置，使C、D兩液面相平；
③在A裝置膠塞上再連接一個導管，通入N₂將A中C₂H₂全部進入到B、C中；
④讀數時視線與量筒內凹液面最低點相平．
（4）由以上數據可計算出樣品中CaC₂的質量分數為91.43%．
方法二：稱取1.04g樣品于下圖所示石英管中（夾持及加熱裝置省略），從a處不斷緩緩通入空氣，高溫灼燒石英管中的樣品至反應完全，測得丙溶液的質量比反應前增重了1.80g，反應方程式為：2CaC₂+5O₂═2CaO+4CO₂
．
（5）反應時石英管管壁易被腐蝕，試用化學方程式解釋其原因CaO+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaSiO₃．
（6）甲錐形瓶中酸性高錳酸鉀溶液的作用為除去CO₂中混有的SO₂等．
（7）通入空氣的作用是：提供氧氣，將產生的二氧化碳氣體全部趕入丙中充分吸收．
（8）由此方法測得的樣品中CaC₂的質量分數比方法一中的大（填“大”、“小”或“相等”），從實驗裝置的角度看，原因為a處通入空氣時，缺一個洗氣裝置，導致空氣中的CO₂也被丙吸收，使測量結果偏大．

Answer 1

分析 （1）電石與水反應生成氫氧化鈣和乙炔；
（2）由于生成的乙炔氣體中含有雜質，因此需要利用硫酸銅溶液或氫氧化鈉溶液除去，乙炔的密度和空氣很接近，一般用排水法收集；
（3）①檢查裝置的氣密性，可以防止生成的乙炔損失，因此對獲得準確的氣體體積有益；
②恢復到室溫后再上下調整量筒位置，使C、D兩液面相平可以使內外壓強相等，對獲得準確的氣體體積有益；
③由于反應前裝置中就存在空氣，所以在A裝置膠塞上再連接一個導管，通入N₂將A中C₂H₂全部進入到B、C中對獲得準確的氣體體積無益；
④讀數時視線與量筒內凹液面最低點相平對獲得準確的氣體體積有益；
（4）乙炔的物質的量是0.448L÷22.4L/mol=0.02mol，則根據方程式可知碳化鈣的物質的量也是0.02mol，其質量=0.02mol×64g/mol=1.28g，所以計算得到碳化鈣的質量分數；
（5）由于碳化鈣生成的氧化鈣是堿性氧化物，能和玻璃中的二氧化硅反應生成硅酸鈣，從而腐蝕管壁；
（6）由于電石中含有雜質元素S等，在反應中生成SO₂，也能被氫氧化鈉溶液吸收干擾CO₂的測量，所以需要酸性高錳酸鉀溶液除去CO₂中混有的SO₂等雜質氣體；
（7）通入空氣的作用是提供氧氣，把生成的二氧化碳氣體全部趕入裝置丙中吸收，減少測定誤差；
（8）由于空氣中也含有CO₂，因此a處通入空氣時，缺一個洗氣裝置，導致空氣中的CO₂也被丙吸收，使測量結果偏大．

解答 解：（1）電石與水反應生成氫氧化鈣和乙炔，因此電石水解生成乙炔氣體的化學方程式為：CaC₂+2H₂O→Ca（OH）₂+C₂H₂↑；
故答案為：CaC₂+2H₂O→Ca（OH）₂+C₂H₂↑；
（2）由于生成的乙炔氣體中含有雜質，因此需要利用硫酸銅溶液或氫氧化鈉溶液除去，乙炔的密度和空氣很接近，一般用排水法收集，所以正確的連接和試劑為：，故答案為：；
（3）①檢查裝置的氣密性，可以防止生成的乙炔損失，因此對獲得準確的氣體體積有益；
②恢復到室溫后再上下調整量筒位置，使C、D兩液面相平可以使內外壓強相等，對獲得準確的氣體體積有益；
③由于反應前裝置中就存在空氣，所以在A裝置膠塞上再連接一個導管，通入N₂將A中C₂H₂全部進入到B、C中對獲得準確的氣體體積無益；
④讀數時視線與量筒內凹液面最低點相平對獲得準確的氣體體積有益；
故答案為：③；
（4）乙炔的物質的量是$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol，則根據方程式可知碳化鈣的物質的量也是0.02mol，其質量=0.02mol×64g/mol=1.28g，所以碳化鈣的質量分數=$\frac{1.28g}{1.40g}$×100%=91.43%；
故答案為：91.43%；
（5）由于碳化鈣生成的氧化鈣是堿性氧化物，能和玻璃中的二氧化硅反應生成硅酸鈣，從而腐蝕管壁，反應的化學方程式是：CaO+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaSiO₃；
故答案為：CaO+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaSiO₃；
（6）由于電石中含有雜質元素S等，在反應中生成SO₂，也能被氫氧化鈉溶液吸收干擾CO₂的測量，所以需要酸性高錳酸鉀溶液除去CO₂中混有的SO₂等雜質氣體；
故答案為；除去CO₂中混有的SO₂等雜質氣體；
（7）通入空氣的作用是提供氧氣，把生成的二氧化碳氣體全部趕入裝置丙中吸收；
故答案為：提供氧氣，將產生的二氧化碳氣體全部趕入丙中充分吸收；
（8）由于空氣中也含有CO₂，因此a處通入空氣時，缺一個洗氣裝置，導致空氣中的CO₂也被丙吸收，使測量結果偏大，由此方法測得的樣品中CaC₂的質量分數比方法一中的大；
故答案為：大；由于空氣中也含有CO₂，因此a處通入空氣時，缺一個洗氣裝置，導致空氣中的CO₂也被丙吸收，使測量結果偏大．

點評 本題考查了物質組成和性質的實驗過程分析判斷，主要是乙炔氣體中雜質氣體的實驗驗證和除雜實驗設計，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．