Question

【題目】氮化鈣(Ca3N2)是一種重要的化工試劑，遇水劇烈水解。實驗室可由氮氣和鈣加熱制得氮化鈣，實驗裝置如下圖(省略部分固定裝置)。

(1)氮化鈣中所含的化學鍵有(填“共價鍵”或“離子鍵”)_________。

(2)球形干燥管中的干燥劑可選用(至少寫一種)_________，結(jié)合化學方程式解釋其作用_________。

(3)制備過程中末端導管必須始終插入試管A的水中，目的是①便于觀察N2的流速；②_________。

(4)制備氮化鈣的操作步驟：①按圖示連接好實驗裝置；②_________；③打開活塞K并通入N2；④點燃酒精燈，進行反應(yīng)；⑤反應(yīng)結(jié)束后，熄滅酒精燈，繼續(xù)通N2，使裝置冷卻至室溫；⑥拆除裝置，取出產(chǎn)物。

(5)上述步驟中③和④_________(填“能”或“不能”)交換，理由是_________。

(6)氮氣不足會影響實驗制得Ca3N2的純度。為測定氮化鈣的純度，實驗結(jié)束后取一定量的固體混合物于足量水中，微熱使氣體完全逸出，收集到氣體共6.72 L(已折算到標準狀況)，將該氣體通入裝有足量灼熱CuO的硬質(zhì)玻璃管中充分反應(yīng)，測得硬質(zhì)玻璃管中固體質(zhì)量減輕6.4 g。則Ca3N2的純度為_________(用百分數(shù)表示，保留一位小數(shù))(注：氨氣能被灼熱氧化銅氧化，生成一種對環(huán)境無污染氣體)。

Answer 1

【答案】離子鍵 堿石灰、無水氯化鈣等 防止水蒸氣進入硬質(zhì)玻璃管與Ca3N2發(fā)生反應(yīng)Ca3N2+6H2O=3Ca(OH)2+2NH3↑，導致產(chǎn)物不純 防止空氣中的水蒸氣和氧氣進入硬質(zhì)玻璃管跟金屬鈣反應(yīng) 檢驗裝置氣密性，加入藥品 不能 后通入氮氣會導致裝置中的氧氣與鈣反應(yīng)，生成雜質(zhì)CaO 78.7%

【解析】

(1)活潑的金屬與活潑的非金屬通過離子鍵結(jié)合；

(2)要防止Ca3N2潮解，從干燥管中干燥劑要是固態(tài)物質(zhì)分析；

(3)鈣是活潑金屬，容易與空氣中的氧氣機水蒸氣反應(yīng)；

(4)有氣體參加的化學反應(yīng)，在反應(yīng)前首先要檢查氣密性是否良好，然后才可以加入藥品進行實驗，否則會導致實驗失敗；

(5)在加熱時金屬鈣會與空氣中的氧氣反應(yīng)；

(6)氮氣不足，得到的固態(tài)中含有Ca和Ca3N2，加入水，金屬鈣反應(yīng)產(chǎn)生Ca(OH)2和H2，Ca3N2產(chǎn)生Ca(OH)2和NH3，產(chǎn)生氣體與CuO反應(yīng)，CuO+H2Cu+H2O；3CuO+2NH33Cu+N2+3H2O，固體減少的質(zhì)量就是CuO中O元素的質(zhì)量，利用反應(yīng)中物質(zhì)關(guān)系得到H2、NH3的物質(zhì)的量進而可得金屬Ca、Ca3N2的質(zhì)量，最后計算得到物質(zhì)的純度。

(1)活潑的金屬Ca與活潑的非金屬N的原子通過電子得失形成陽離子Ca2+、陰離子N3-，然后離子間通過離子鍵結(jié)合形成離子化合物Ca3N2；

(2)氮化鈣(Ca3N2)遇水劇烈水解, Ca3N2與水會發(fā)生反應(yīng)：Ca3N2+6H2O=3Ca(OH)2+2NH3↑，從而導致產(chǎn)物不純，所以制取氮化鈣時要預(yù)防其潮解。由于盛放干燥劑的是干燥管，只能使用固體干燥劑，可利用堿石灰、無水氯化鈣、硅膠等固態(tài)干燥劑；

(3)在硬質(zhì)玻璃管中氮氣與金屬鈣反應(yīng)制取氮化鈣，在裝置的末端導管必須始終插入試管A的水中，一個目的是便于觀察N2的流速；另一個目的是防止空氣中的水蒸氣和氧氣進入硬質(zhì)玻璃管跟金屬鈣反應(yīng)；

(4)該實驗?zāi)康氖怯玫獨馀c金屬鈣反應(yīng)制取氮化鈣，所以在按圖示連接好實驗裝置后，首先要檢查氣密性，然后再加入藥品進行實驗，若不檢查氣密性，則會導致實驗失敗；

(5)該實驗?zāi)康氖侵迫〉�化鈣，若不先通入氮氣驅(qū)趕裝置內(nèi)的空氣，加熱時一部分金屬鈣就與氧氣反應(yīng)，得到氧化鈣，使制取的氮化鈣不純，所以③和④兩步順序不能顛倒；

(6)若氮氣不足制得Ca3N2中含有金屬Ca，向固體中加入水時，會發(fā)生反應(yīng)：Ca3N2+6H2O=3Ca(OH)2+2NH3↑；Ca+2H2O=Ca(OH)2+H2↑；n(H2)+n(NH3)=6.72L÷22.4L/mol=0.3mol，將得到的氣體干燥夠通過裝有足量灼熱CuO的硬質(zhì)玻璃管中，發(fā)生反應(yīng)：CuO+H2Cu+H2O，3CuO+2NH33Cu+N2+3H2O。可見充分反應(yīng)后，固體減少的質(zhì)量就是CuO中O元素的質(zhì)量，根據(jù)方程式可知n(CuO)=n(O)=6.4 g÷16g/mol=0.4mol；根據(jù)方程式中CuO與氣體反應(yīng)時的物質(zhì)的量關(guān)系可得：n(H2)+n(NH3)=0.4mol，解得n(NH3)=0.2mol，n(H2)=0.1mol，再根據(jù)Ca3N2+6H2O=3Ca(OH)2+2NH3↑可知，n(Ca3N2)=n(NH3)=0.1mol,m(Ca3N2)=0.1mol×148g/mol=14.8g；根據(jù)Ca+2H2O=Ca(OH)2+H2↑可知：n(Ca)= n(H2)=0.1mol，m(Ca)= =0.1mol×40g/mol=4.0g，所以Ca3N2的純度為=78.7%。