12.$\boldsymbol{B}$ 半水煤气是工业合成氨的原料气,其主要成分是$H_{2}$、$CO$、$CO_{2}$、$N_{2}$和水蒸气。某化学兴趣小组为检验半水煤气的某些成分,设计的实验方案如图1所示。回答下列问题。

查阅资料:①碱石灰($CaO$和$NaOH$的混合物)是常用的干燥剂。
②$NaOH$、$KOH$都能与$CO_{2}$反应,如:$2NaOH +CO_{2}\xlongequal{\;\;}Na_{2}CO_{3} +H_{2}O$。
③浓硫酸有吸水性,常作干燥剂。
(1)A瓶中产生白色沉淀,证明半水煤气中含有,反应的化学方程式是。
(2)B装置的作用是,C装置的硬质玻璃管中发生反应的化学方程式是(任写一个)。
(3)证明半水煤气中含有$H_{2}$的现象是。
(4)证明半水煤气中含有$CO$的现象是。
(5)测定半水煤气中$H_{2}$、$CO$质量的实验方案如图2所示:

若步骤Ⅳ中浓硫酸的质量增加$a\mathrm{g}$,步骤Ⅴ中$KOH$溶液的质量增加$b\mathrm{g}$,则半水煤气中$H_{2}$与$CO$的质量比为(用含字母$a$、$b$的代数式表示)。

12.(1)$CO_{2}$(或二氧化碳) $CO_{2} + Ca(OH)_{2}\xlongequal{\;\;}CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O$ (2)吸收二氧化碳和水蒸气 $H_{2} + CuO\xlongequal{\bigtriangleup }Cu + H_{2}O$(或$CO + CuO\xlongequal{\bigtriangleup }Cu + CO_{2}$)
(3)C中黑色粉末变红，D中集气瓶内壁起雾并出现液滴
(4)C中黑色粉末变红，E中澄清石灰水变浑浊
(5)$11a:63b$
点拨:(1)A瓶中产生白色沉淀，证明半水煤气中含有二氧化碳；该反应是二氧化碳和氢氧化钙反应生成碳酸钙和水，化学方程式是$CO_{2} + Ca(OH)_{2}\xlongequal{\;\;}CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O$。(2)碱石灰能够吸收二氧化碳和水，B装置的作用是吸收二氧化碳和水蒸气；C装置的硬质玻璃管中发生的反应是氢气还原氧化铜、一氧化碳还原氧化铜，反应的化学方程式是$H_{2} + CuO\xlongequal{\bigtriangleup }Cu + H_{2}O$、$CO + CuO\xlongequal{\bigtriangleup }Cu + CO_{2}$。(3)证明半水煤气中含有$H_{2}$的现象是C中黑色粉末变红，D中集气瓶内壁起雾并出现液滴。(4)证明半水煤气中含有CO的现象是C中黑色粉末变红，E中澄清石灰水变浑浊。(5)步骤Ⅳ中浓硫酸质量增加$a\ \mathrm{g}$，即氢气还原氧化铜生成水$a\ \mathrm{g}$，步骤Ⅴ的KOH溶液质量增加$b\ \mathrm{g}$，即一氧化碳还原氧化铜生成二氧化碳$b\ \mathrm{g}$。参加反应的氢气质量为$\dfrac{2a}{18}\mathrm{g}=\dfrac{a}{9}\mathrm{g}$，参加反应的一氧化碳的质量为$\dfrac{28b}{44}\mathrm{g}=\dfrac{7b}{11}\mathrm{g}$，则半水煤气中$H_{2}$与CO的质量比为$\dfrac{a}{9}\mathrm{g}:\dfrac{7b}{11}\mathrm{g}=11a:63b$。

【分析】
本题为半水煤气成分检验的实验题，需结合各气体的特征反应及实验装置的作用分析：①A瓶中澄清石灰水遇CO₂会产生白色沉淀，用于检验原气体中的CO₂；②B装置的碱石灰可吸收原气体中的CO₂和水蒸气，避免干扰后续H₂、CO的检验（H₂、CO通过还原CuO的产物H₂O、CO₂来检验，需先除原有的这些杂质）；③C装置中CuO被H₂、CO还原，分别生成H₂O和Cu、CO₂和Cu；④D装置用于检验H₂还原生成的H₂O，E装置用于检验CO还原生成的CO₂；⑤计算H₂与CO质量时，利用生成的H₂O、CO₂质量，结合对应反应的化学方程式中物质的质量比计算。
【解析】
(1) A瓶中澄清石灰水产生白色沉淀，是CO₂与Ca(OH)₂反应生成CaCO₃沉淀，证明半水煤气中含CO₂，反应方程式为：CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + H₂O；
(2) B装置中碱石灰（CaO和NaOH）可吸收半水煤气中的CO₂和水蒸气，防止其干扰后续H₂、CO的检验；C装置中，H₂还原CuO或CO还原CuO，任写一个反应：H₂ + CuO △ Cu + H₂O（或CO + CuO △ Cu + CO₂）；
(3) H₂还原CuO生成Cu和H₂O，因此证明含H₂的现象是：C中黑色CuO粉末变红，D中集气瓶内壁起雾并出现液滴；
(4) CO还原CuO生成Cu和CO₂，因此证明含CO的现象是：C中黑色CuO粉末变红，E中澄清石灰水变浑浊；
(5) 步骤Ⅳ中浓硫酸增加的a g是H₂还原CuO生成的H₂O质量，根据反应H₂ + CuO △ Cu + H₂O，H₂与H₂O的质量比为2:18，故H₂质量为(2/18)a g = a/9 g；步骤Ⅴ中KOH溶液增加的b g是CO还原CuO生成的CO₂质量，根据反应CO + CuO △ Cu + CO₂，CO与CO₂的质量比为28:44，故CO质量为(28/44)b g =7b/11 g；则H₂与CO的质量比为(a/9):(7b/11)=11a:63b。
【答案】
(1) CO₂；CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + H₂O
(2) 吸收二氧化碳和水蒸气；H₂ + CuO △ Cu + H₂O（或CO + CuO △ Cu + CO₂）
(3) C中黑色粉末变红，D中集气瓶内壁起雾并出现液滴
(4) C中黑色粉末变红，E中澄清石灰水变浑浊
(5) 11a:63b
【知识点】
气体的检验、化学方程式书写、根据化学方程式计算
【点评】
本题以半水煤气成分检验为载体，考查常见气体的检验方法、实验装置的作用及化学计算，需明确各装置的功能，结合物质的特征反应分析现象，计算时需准确利用反应中物质的质量关系，是一道中等难度的实验综合题。
【难度系数】
0.5

四、计算题
13. $\mathscr{B}$ 某同学为了测定石灰石中碳酸钙的质量分数进行了如下实验。取 15g 石灰石样品研碎，将 100g 稀盐酸放入烧杯中，两者恰好完全反应。在反应过程中对烧杯及其中的剩余物进行了五次称量，记录数据如下表(已知烧杯的质量为 25g，样品中的杂质不溶于水，也不与稀盐酸反应)。请计算：

(1)表中的“$m$”为。
(2)该石灰石样品中碳酸钙的质量分数是多少？(计算结果精确至 0.1%)

13.(1)134.5
(2)$83.3\%$

【分析】
要解决本题，首先利用质量守恒定律分析反应中总质量的变化：碳酸钙与稀盐酸反应生成二氧化碳气体逸出，烧杯及剩余物的总质量会随反应进行逐渐减小，当反应完全后总质量不再改变。观察表格，60s和100s时总质量均为134.5g，说明60s时反应已完成，因此80s时的总质量$ m $与反应完全时的质量一致。计算碳酸钙质量分数时，需先算出反应生成二氧化碳的总质量，再通过化学方程式计算碳酸钙的质量，最终求出其质量分数。
【解析】
(1) 反应完全后，烧杯及剩余物总质量不再变化。由表格可知，60s和100s时总质量均为134.5g，故80s时的总质量$ m = 134.5 $。
(2) 初始总质量为：烧杯质量 + 石灰石质量 + 稀盐酸质量 = $ 25g + 15g + 100g = 140g $。
根据质量守恒定律，生成二氧化碳的质量 = 初始总质量 - 反应后总质量 = $ 140g - 134.5g = 5.5g $。
设石灰石中碳酸钙的质量为$ x $，反应的化学方程式为：
$\ce{CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑}$
则：
$\frac{100}{44} = \frac{x}{5.5g}$
解得：$ x = \frac{100×5.5g}{44} = 12.5g $
石灰石样品中碳酸钙的质量分数 = $\frac{12.5g}{15g} × 100\% ≈ 83.3\%$
【答案】
(1)134.5；(2)83.3%
【知识点】
质量守恒定律，根据化学方程式计算，碳酸钙与盐酸反应
【点评】
本题结合质量守恒定律和化学方程式进行计算，核心是通过反应前后总质量差确定生成二氧化碳的质量，再利用化学方程式求解碳酸钙质量，进而计算质量分数，是初中化学常规计算题，需掌握质量守恒的应用和化学方程式计算的基本步骤。
【难度系数】
0.6