Question

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1.40 g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448 mL（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：                               
（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                （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____     。
方法二：稱取l.40g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）反應完成后，石英管內樣品易與管壁產生腐蝕，試用化學方程式解釋其原因            
（6）甲錐形瓶中酸性高錳酸鉀溶液的作用為                                           
（7）由此方法測得的樣品中CaC₂的質量分數比方法一中的____          （填“大”、“小”或“相
等”），從實驗裝置的角度看，原因為                                              。

Answer 1

（1）CaC₂+2H₂O→Ca(OH)₂+C₂H₂↑（2分，用等號連接不扣分）
（2）（圖及試劑均正確得2分，B中也可裝入NaOH溶液）
（3）③（1分） （4）91.43%（2分） （5）CaO + SiO₂CaSiO₃（2分）
（6）除去CO₂中混有的SO₂等（2分）
（7）大（2分）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（2分）

試題分析：（1）電石與水反應生成碳化鈣和乙炔，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↑。
（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，所以正確的連接是。
（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，因此答案選③。
（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，所以碳化鈣的質量分數＝×100%＝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 + SiO₂CaSiO₃。
（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）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。