Question

19．电石（主要成分为CaC₂，杂质为CaO和CaS）是工业制乙炔的常见原料，某研究性学习小组拟用以下两种方案测定CaC₂的质量分数，试完成下列各题．
方法一：称取1.04g样品于圆底烧瓶中，用分液漏斗加入适量的水，使样品反应完全，将产生的无色气体经B洗气后，通过量气装置测得乙炔气体体积为标准状况下448mL（不考虑乙炔在水中的溶解，下同）．
（1）电石水解生成乙炔气体的化学方程式为CaC₂+2H₂O→Ca（OH）₂+C₂H₂↑．
（2）用两个装入适当试剂的广口瓶、两个双孔橡胶塞及导管若干，完成上述实验的装置，请在图中将其补充完整，并注明广口瓶中装入试剂的名称．

（3）对获得准确的气体体积无益的操作有③（填序号）．
①检查装置的气密性；
②恢复到室温后再上下调整量筒位置，使C、D两液面相平；
③在A装置胶塞上再连接一个导管，通入N₂将A中C₂H₂全部进入到B、C中；
④读数时视线与量筒内凹液面最低点相平．
（4）由以上数据可计算出样品中CaC₂的质量分数为91.43%．
方法二：称取1.04g样品于下图所示石英管中（夹持及加热装置省略），从a处不断缓缓通入空气，高温灼烧石英管中的样品至反应完全，测得丙溶液的质量比反应前增重了1.80g，反应方程式为：2CaC₂+5O₂═2CaO+4CO₂
．
（5）反应时石英管管壁易被腐蚀，试用化学方程式解释其原因CaO+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaSiO₃．
（6）甲锥形瓶中酸性高锰酸钾溶液的作用为除去CO₂中混有的SO₂等．
（7）通入空气的作用是：提供氧气，将产生的二氧化碳气体全部赶入丙中充分吸收．
（8）由此方法测得的样品中CaC₂的质量分数比方法一中的大（填“大”、“小”或“相等”），从实验装置的角度看，原因为a处通入空气时，缺一个洗气装置，导致空气中的CO₂也被丙吸收，使测量结果偏大．

Answer 1

分析 （1）电石与水反应生成氢氧化钙和乙炔；
（2）由于生成的乙炔气体中含有杂质，因此需要利用硫酸铜溶液或氢氧化钠溶液除去，乙炔的密度和空气很接近，一般用排水法收集；
（3）①检查装置的气密性，可以防止生成的乙炔损失，因此对获得准确的气体体积有益；
②恢复到室温后再上下调整量筒位置，使C、D两液面相平可以使内外压强相等，对获得准确的气体体积有益；
③由于反应前装置中就存在空气，所以在A装置胶塞上再连接一个导管，通入N₂将A中C₂H₂全部进入到B、C中对获得准确的气体体积无益；
④读数时视线与量筒内凹液面最低点相平对获得准确的气体体积有益；
（4）乙炔的物质的量是0.448L÷22.4L/mol=0.02mol，则根据方程式可知碳化钙的物质的量也是0.02mol，其质量=0.02mol×64g/mol=1.28g，所以计算得到碳化钙的质量分数；
（5）由于碳化钙生成的氧化钙是碱性氧化物，能和玻璃中的二氧化硅反应生成硅酸钙，从而腐蚀管壁；
（6）由于电石中含有杂质元素S等，在反应中生成SO₂，也能被氢氧化钠溶液吸收干扰CO₂的测量，所以需要酸性高锰酸钾溶液除去CO₂中混有的SO₂等杂质气体；
（7）通入空气的作用是提供氧气，把生成的二氧化碳气体全部赶入装置丙中吸收，减少测定误差；
（8）由于空气中也含有CO₂，因此a处通入空气时，缺一个洗气装置，导致空气中的CO₂也被丙吸收，使测量结果偏大．

解答 解：（1）电石与水反应生成氢氧化钙和乙炔，因此电石水解生成乙炔气体的化学方程式为：CaC₂+2H₂O→Ca（OH）₂+C₂H₂↑；
故答案为：CaC₂+2H₂O→Ca（OH）₂+C₂H₂↑；
（2）由于生成的乙炔气体中含有杂质，因此需要利用硫酸铜溶液或氢氧化钠溶液除去，乙炔的密度和空气很接近，一般用排水法收集，所以正确的连接和试剂为：，故答案为：；
（3）①检查装置的气密性，可以防止生成的乙炔损失，因此对获得准确的气体体积有益；
②恢复到室温后再上下调整量筒位置，使C、D两液面相平可以使内外压强相等，对获得准确的气体体积有益；
③由于反应前装置中就存在空气，所以在A装置胶塞上再连接一个导管，通入N₂将A中C₂H₂全部进入到B、C中对获得准确的气体体积无益；
④读数时视线与量筒内凹液面最低点相平对获得准确的气体体积有益；
故答案为：③；
（4）乙炔的物质的量是$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol，则根据方程式可知碳化钙的物质的量也是0.02mol，其质量=0.02mol×64g/mol=1.28g，所以碳化钙的质量分数=$\frac{1.28g}{1.40g}$×100%=91.43%；
故答案为：91.43%；
（5）由于碳化钙生成的氧化钙是碱性氧化物，能和玻璃中的二氧化硅反应生成硅酸钙，从而腐蚀管壁，反应的化学方程式是：CaO+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaSiO₃；
故答案为：CaO+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaSiO₃；
（6）由于电石中含有杂质元素S等，在反应中生成SO₂，也能被氢氧化钠溶液吸收干扰CO₂的测量，所以需要酸性高锰酸钾溶液除去CO₂中混有的SO₂等杂质气体；
故答案为；除去CO₂中混有的SO₂等杂质气体；
（7）通入空气的作用是提供氧气，把生成的二氧化碳气体全部赶入装置丙中吸收；
故答案为：提供氧气，将产生的二氧化碳气体全部赶入丙中充分吸收；
（8）由于空气中也含有CO₂，因此a处通入空气时，缺一个洗气装置，导致空气中的CO₂也被丙吸收，使测量结果偏大，由此方法测得的样品中CaC₂的质量分数比方法一中的大；
故答案为：大；由于空气中也含有CO₂，因此a处通入空气时，缺一个洗气装置，导致空气中的CO₂也被丙吸收，使测量结果偏大．

点评 本题考查了物质组成和性质的实验过程分析判断，主要是乙炔气体中杂质气体的实验验证和除杂实验设计，掌握基础是解题关键，题目难度中等．