Question

20．現(xiàn)有含CaO雜質的CaC₂試樣．某研究性學習小組的同學擬用以下三種方案測定CaC₂試樣的純度．請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?br />
（1）第一種方案：請從圖中選用適當?shù)难b置，設計一個實驗，測定CaC₂試樣的純度．所選裝置的連接順序為（按氣流方向，用接口字母表示）：fcdb．若實驗時稱取的試樣為 m g，產(chǎn)生的乙炔在標準狀況下的體積為n mL，此試樣中CaC₂的質量分數(shù)為$\frac{64n}{22400m}$×100%．
（2）第二種方案：根據(jù)試樣和水在錐形瓶中反應前后質量的變化，測定CaC₂的質量分數(shù)．先稱取試樣6.80g、錐形瓶和水的質量為188.00g，再將試樣加入錐形瓶中，用電子天平稱量，實驗裝置如圖所示．反應過程中每隔相同時間測得的數(shù)據(jù)如表：

	錐形瓶+水+試樣
讀數(shù)次數(shù)	第一次	第二次	第三次	第四次	第五次
質量/g	192.80	192.30	192.10	192.00	192.00

①不必作第六次讀數(shù)的原因是第4、5次試驗讀數(shù)相同，表明錐形瓶內(nèi)質量已達恒定反應進行完全．
②有同學認為用此裝置測得的數(shù)據(jù)比真實值小，試分析原因：水蒸氣隨C₂H₂揮發(fā)．
③如何在原有裝置上進行改進，使結果更加準確．請簡要描述你的方案：在錐形瓶口添加一個帶有無水氯化鈣的干燥管的單孔橡皮塞．
（3）第三種方案：稱取6.80g試樣，用200mL 1.85mol/L的稀鹽酸溶解，將所得的溶液轉移至500mL容量瓶中，定容．取20mL定容后的溶液，用0.20mol/L的NaOH溶液滴定至終點，消耗NaOH溶液30.00mL，則6.80g試樣中CaC₂的質量為5.12g．

Answer 1

分析 （1）測定CaC₂試樣的純度，可以利用碳化鈣和食鹽水發(fā)生反應生成乙炔，乙炔不溶于水，可以用排水量氣法測定生成乙炔的體積，據(jù)此計算碳化鈣的質量得到試樣的純度；若實驗時稱取的試樣為 m g，產(chǎn)生的乙炔在標準狀況下的體積為n mL，結合化學方程式定量關系計算碳化鈣物質的量，得到碳化鈣質量計算純度，碳化鈣純度=$\frac{碳化鈣質量}{試樣質量}$×100%；
（2）①不必作第六次讀數(shù)的原因是圖表數(shù)據(jù)中固體質量恒重時說明稱量準確；
②有同學認為用此裝置測得的數(shù)據(jù)比真實值小，產(chǎn)生誤差的原因是水蒸氣可能隨氣體揮出；
③增加一個吸收水蒸氣的干燥裝置，使結果更加準確；
（3）含CaO雜質的CaC₂試樣，取20mL定容后的溶液，稱取6.80g試樣，用200mL 1.85mol/L的稀鹽酸溶解，將所得的溶液轉移至500mL容量瓶中，定容，取20mL定容后的溶液用0.20mol/L的NaOH溶液滴定至終點，消耗NaOH溶液30.00mL，計算剩余鹽酸溶液中HCl的物質的量，換算500ml溶液中剩余HCl物質的量，得到與碳化鈣反應的鹽酸物質的量，結合化學方程式定量關系和鈣元素守恒計算得到碳化鈣物質的量得到質量．

解答 解：（1）測定CaC₂試樣的純度，可以利用碳化鈣和食鹽水發(fā)生反應生成乙炔，乙炔不溶于水，可以用排水量氣法測定生成乙炔的體積，據(jù)此計算碳化鈣的質量得到試樣的純度，利用裝置生成乙炔，導氣管短進長出通過排水法把水排到量筒中讀取生成氣體在標準狀況下的體積，所以接口為fcdb；若實驗時稱取的試樣為 m g，產(chǎn)生的乙炔在標準狀況下的體積為n mL，結合化學方程式定量關系計算碳化鈣物質的量，
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，
得到碳化鈣質量計算純度，碳化鈣純度=$\frac{碳化鈣質量}{試樣質量}$×100%=$\frac{\frac{n×1{0}^{-3}}{22.4}mol×64g/mol}{mg}$×100%=$\frac{64n}{22400m}$×100%，
故答案為：$\frac{64n}{22400m}$×100%；
（2）①不必作第六次讀數(shù)的原因是圖表數(shù)據(jù)中固體質量恒重時說明稱量準確，第4、5次試驗讀數(shù)相同，表明錐形瓶內(nèi)質量已達恒定反應進行完全，
故答案為：第4、5次試驗讀數(shù)相同，表明錐形瓶內(nèi)質量已達恒定反應進行完全；
②有同學認為用此裝置測得的數(shù)據(jù)比真實值小，產(chǎn)生誤差的原因是水蒸氣可能隨氣體揮出，導致質量差減小，計算得到碳化鈣質量減小，
故答案為：水蒸氣隨C₂H₂揮發(fā)；
③增加一個吸收水蒸氣的干燥裝置，使結果更加準確，在錐形瓶口添加一個帶有無水氯化鈣的干燥管的單孔橡皮塞，
故答案為：在錐形瓶口添加一個帶有無水氯化鈣的干燥管的單孔橡皮塞；
（3）含CaO雜質的CaC₂試樣，取20mL定容后的溶液，稱取6.80g試樣，用200mL 1.85mol/L的稀鹽酸溶解，發(fā)生的反應為CaO+2HCl=CaCl₂+H₂O，CaC2+2HCl=CaCl₂+C₂H₂，將所得的溶液轉移至500mL容量瓶中，定容，取20mL定容后的溶液，用0.20mol/L的NaOH溶液滴定至終點，消耗NaOH溶液30.00mL，計算剩余鹽酸溶液中HCl的物質的量=0.030L×0.20mol/L=0.006mol，換算500ml溶液中剩余HCl物質的量=0.006mol×$\frac{500}{20}$=0.15mol，得到與碳化鈣反應的鹽酸物質的量=0.2L×1.85mol/L-0.15mol=0.22mol，設樣品中氧化鈣物質的量為x，碳化鈣物質的量為y，則
56x+64y=6.8
2x+2y=0.22
x=0.03mol
y=0.08mol
則6.80g試樣中CaC₂的質量=0.08mol×64g/mol=5.12g，
故答案為：5.12．

點評 本題考查學生對的實驗方案原理的理解與評價、物質組成含量的測定、化學計算等，題目難度中等，理清實驗原理是關鍵，是對學生綜合能力想考查，需要學生具備扎實的基礎知識．