Question

20．现有含CaO杂质的CaC₂试样．某研究性学习小组的同学拟用以下三种方案测定CaC₂试样的纯度．请填写下列空白：

（1）第一种方案：请从图中选用适当的装置，设计一个实验，测定CaC₂试样的纯度．所选装置的连接顺序为（按气流方向，用接口字母表示）：fcdb．若实验时称取的试样为 m g，产生的乙炔在标准状况下的体积为n mL，此试样中CaC₂的质量分数为$\frac{64n}{22400m}$×100%．
（2）第二种方案：根据试样和水在锥形瓶中反应前后质量的变化，测定CaC₂的质量分数．先称取试样6.80g、锥形瓶和水的质量为188.00g，再将试样加入锥形瓶中，用电子天平称量，实验装置如图所示．反应过程中每隔相同时间测得的数据如表：

	锥形瓶+水+试样
读数次数	第一次	第二次	第三次	第四次	第五次
质量/g	192.80	192.30	192.10	192.00	192.00

①不必作第六次读数的原因是第4、5次试验读数相同，表明锥形瓶内质量已达恒定反应进行完全．
②有同学认为用此装置测得的数据比真实值小，试分析原因：水蒸气随C₂H₂挥发．
③如何在原有装置上进行改进，使结果更加准确．请简要描述你的方案：在锥形瓶口添加一个带有无水氯化钙的干燥管的单孔橡皮塞．
（3）第三种方案：称取6.80g试样，用200mL 1.85mol/L的稀盐酸溶解，将所得的溶液转移至500mL容量瓶中，定容．取20mL定容后的溶液，用0.20mol/L的NaOH溶液滴定至终点，消耗NaOH溶液30.00mL，则6.80g试样中CaC₂的质量为5.12g．

Answer 1

分析 （1）测定CaC₂试样的纯度，可以利用碳化钙和食盐水发生反应生成乙炔，乙炔不溶于水，可以用排水量气法测定生成乙炔的体积，据此计算碳化钙的质量得到试样的纯度；若实验时称取的试样为 m g，产生的乙炔在标准状况下的体积为n mL，结合化学方程式定量关系计算碳化钙物质的量，得到碳化钙质量计算纯度，碳化钙纯度=$\frac{碳化钙质量}{试样质量}$×100%；
（2）①不必作第六次读数的原因是图表数据中固体质量恒重时说明称量准确；
②有同学认为用此装置测得的数据比真实值小，产生误差的原因是水蒸气可能随气体挥出；
③增加一个吸收水蒸气的干燥装置，使结果更加准确；
（3）含CaO杂质的CaC₂试样，取20mL定容后的溶液，称取6.80g试样，用200mL 1.85mol/L的稀盐酸溶解，将所得的溶液转移至500mL容量瓶中，定容，取20mL定容后的溶液用0.20mol/L的NaOH溶液滴定至终点，消耗NaOH溶液30.00mL，计算剩余盐酸溶液中HCl的物质的量，换算500ml溶液中剩余HCl物质的量，得到与碳化钙反应的盐酸物质的量，结合化学方程式定量关系和钙元素守恒计算得到碳化钙物质的量得到质量．

解答 解：（1）测定CaC₂试样的纯度，可以利用碳化钙和食盐水发生反应生成乙炔，乙炔不溶于水，可以用排水量气法测定生成乙炔的体积，据此计算碳化钙的质量得到试样的纯度，利用装置生成乙炔，导气管短进长出通过排水法把水排到量筒中读取生成气体在标准状况下的体积，所以接口为fcdb；若实验时称取的试样为 m g，产生的乙炔在标准状况下的体积为n mL，结合化学方程式定量关系计算碳化钙物质的量，
CaC₂+2H₂O→Ca（OH）₂+C₂H₂↑，
1                  1
n（CaC₂）          $\frac{n×1{0}^{-3}}{22.4}$mol
n（CaC₂）=$\frac{n×1{0}^{-3}}{22.4}$mol，
得到碳化钙质量计算纯度，碳化钙纯度=$\frac{碳化钙质量}{试样质量}$×100%=$\frac{\frac{n×1{0}^{-3}}{22.4}mol×64g/mol}{mg}$×100%=$\frac{64n}{22400m}$×100%，
故答案为：$\frac{64n}{22400m}$×100%；
（2）①不必作第六次读数的原因是图表数据中固体质量恒重时说明称量准确，第4、5次试验读数相同，表明锥形瓶内质量已达恒定反应进行完全，
故答案为：第4、5次试验读数相同，表明锥形瓶内质量已达恒定反应进行完全；
②有同学认为用此装置测得的数据比真实值小，产生误差的原因是水蒸气可能随气体挥出，导致质量差减小，计算得到碳化钙质量减小，
故答案为：水蒸气随C₂H₂挥发；
③增加一个吸收水蒸气的干燥装置，使结果更加准确，在锥形瓶口添加一个带有无水氯化钙的干燥管的单孔橡皮塞，
故答案为：在锥形瓶口添加一个带有无水氯化钙的干燥管的单孔橡皮塞；
（3）含CaO杂质的CaC₂试样，取20mL定容后的溶液，称取6.80g试样，用200mL 1.85mol/L的稀盐酸溶解，发生的反应为CaO+2HCl=CaCl₂+H₂O，CaC2+2HCl=CaCl₂+C₂H₂，将所得的溶液转移至500mL容量瓶中，定容，取20mL定容后的溶液，用0.20mol/L的NaOH溶液滴定至终点，消耗NaOH溶液30.00mL，计算剩余盐酸溶液中HCl的物质的量=0.030L×0.20mol/L=0.006mol，换算500ml溶液中剩余HCl物质的量=0.006mol×$\frac{500}{20}$=0.15mol，得到与碳化钙反应的盐酸物质的量=0.2L×1.85mol/L-0.15mol=0.22mol，设样品中氧化钙物质的量为x，碳化钙物质的量为y，则
56x+64y=6.8
2x+2y=0.22
x=0.03mol
y=0.08mol
则6.80g试样中CaC₂的质量=0.08mol×64g/mol=5.12g，
故答案为：5.12．

点评 本题考查学生对的实验方案原理的理解与评价、物质组成含量的测定、化学计算等，题目难度中等，理清实验原理是关键，是对学生综合能力想考查，需要学生具备扎实的基础知识．