Question

3．某校研究性學習小組的同學進行了以下化學實驗：將金屬鈣置于空氣中燃燒，然后向所得固體產物中加入一定量蒸餾水，此過程中反應放出大量的熱，并且放出有臭味的氣體．
（1）甲同學提出：運用類比學習的思想，Ca與Mg是同一主族元素，化學性質具有一定的相似性．
請寫出Ca在空氣中燃燒發生反應的化學方程式：Ca+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CaO₂ 3Ca+N₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Ca₃N₂ 2Ca+CO₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2CaO+C．
（2）乙同學提出：Ca的性質比Na活潑，在空氣中燃燒還應有CaO₂生成，請寫出燃燒后固體產物與水反應放出氣體的化學方程式：2CaO₂+2H₂O═2Ca（OH）₂+O₂↑ Ca₃N₂+6H₂O═3Ca（OH）₂+2NH₃↑．
丙同學提出用實驗的方法探究放出臭味氣體的成份：
【查閱資料】1：CaO₂遇水反應生成H₂O₂，H₂O₂可能會分解產生一定量的O₃
2：碘量法是最常用的臭氧測定方法：其原理為強氧化劑臭氧（O₃）與碘化鉀（KI）水溶液反應生成游離碘（I₂）．臭氧還原為氧氣．反應式為：O₃+2KI+H₂O=O₂+I₂+2KOH【提出假設】假設1：該臭味氣體只有NH₃；
假設2：該臭味氣體只有O₃；
假設3：該臭味氣體含有NH₃和O₃．
【設計方案進行實驗探究】
（3）基于假設l，該小同學組設計如下實驗方案，并進行實驗．請在答題卡上按下表格式完成相關的實驗操作步驟、預期現象及結論（儀器自選）．
【限選實驗試劑】：紅色石蕊試紙、藍色石蕊試紙、pH試紙、淀粉一KI溶液、蒸餾水．設計實驗方案證明你的假設，并按下表格式寫出實驗操作步驟、預期現象和結論．

實驗操作	預期現象和結論
取少量反應后固體于試管中，向試管中加入少量水， 將濕潤的紅色石蕊試紙置于試管口； 另取少量反應后固體于試管中，向試管中加入少量水， 將產生氣體通入淀粉-KI溶液中．

Answer 1

分析 （1）Ca與Mg是同一主族元素，化學性質具有一定的相似性，根據Mg在空氣中的燃燒分析，Mg在空氣中燃燒，可與O₂、N₂、CO₂反應，所以Ca也能與O₂、N₂、CO₂反應，進而寫出化學方程式；
（2）CaO₂類比Na₂O₂，寫出化學方程式，CaO₂與水反應生成氧氣和氫氧化鈣，Ca₂N₃與水反應生成氨氣和氫氧化鈣；
【提出假設】CaO₂遇水反應生成H₂O₂，H₂O₂可能會分解產生一定量的O₃，只含有一種或兩種都有，該臭味氣體只有O₃；該臭味氣體含有O ₃和NH₃；
（3）根據氨氣溶于水顯堿性和臭氧的強氧化性設計實驗，來驗證二者的存在，NH₃溶于水顯堿性，可用濕潤的紅色濕潤試紙檢驗是否含NH₃，利用O₃具有強氧化性，可用淀粉-KI溶液檢驗是否含O₃．

解答 解：（1）Ca與Mg是同一主族元素，化學性質具有一定的相似性，已知Mg與空氣中的氧氣、二氧化碳及氮氣均反應，則Ca也可以，所以Ca在空氣中燃燒發生反應的化學方程式為：Ca+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CaO₂ 3Ca+N₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Ca₃N₂ 2Ca+CO₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2CaO+C；
故答案為：Ca+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CaO₂ 3Ca+N₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Ca₃N₂ 2Ca+CO₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2CaO+C；
（2）CaO₂與水反應生成氧氣和氫氧化鈣，其反應方程式為：2CaO₂+2H₂O═2Ca（OH）₂+O₂↑，Ca₃N₂與水反應生成氨氣和氫氧化鈣，其反應方程式為：Ca₃N₂+6H₂O═3Ca（OH）₂+3NH₃↑；
故答案為：2CaO₂+2H₂O═2Ca（OH）₂+O₂↑ Ca₃N₂+6H₂O═3Ca（OH）₂+2NH₃↑；
【提出假設】只含有一種或兩種都有；即假設該臭味氣體只有O₃，假設該臭味氣體含有NH₃和O₃，
故答案為：O₃；NH₃和O₃；
（3）已知氨氣溶于水顯堿性，所以可用濕潤的紅色石蕊試紙來檢驗是否含有氨氣，臭氧的強氧化性能使淀粉-KI溶液變藍色，所以可以用淀粉-KI溶液檢驗是否含有臭氧，其實驗操作為：

實 驗 操 作	預 期 現 象 與 結 論
取少量反應后固體于試管中，向試管中加入少量水，將濕潤的紅色石蕊試紙置于試管口； 另取少量反應后固體于試管中，向試管中加入少量水，將產生氣體通入淀粉-KI溶液中；	若紅色石蕊試紙顯藍色，且淀粉-KI溶液不變色 則假設1成立； 若紅色石蕊試紙不顯藍色，且淀粉-KI溶液變藍色，則假設2成立； 若紅色石蕊試紙顯藍色，且淀粉-KI溶液變藍色，則假設3成立；

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故答案為：

實 驗 操 作	預 期 現 象 與 結 論
取少量反應后固體于試管中，向試管中加入少量水，將濕潤的紅色石蕊試紙置于試管口； 另取少量反應后固體于試管中，向試管中加入少量水，將產生氣體通入淀粉-KI溶液中；	若紅色石蕊試紙顯藍色，且淀粉-KI溶液不變色 則假設1成立； 若紅色石蕊試紙不顯藍色，且淀粉-KI溶液變藍色，則假設2成立； 若紅色石蕊試紙顯藍色，且淀粉-KI溶液變藍色，則假設3成立；

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點評 本題以Mg和Ca的性質的相似性為知識背景，考查了學生實驗探究能力，同時考查了學生對常見物質檢驗方法的掌握情況，題目難度中等，注意根據物質的性質設計實驗操作．