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；⑤反應結束后，熄滅酒精燈，繼續通N2，使裝置冷卻至室溫；⑥拆除裝置，取出產物。

(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的硬質玻璃管中充分反應，測得硬質玻璃管中固體質量減輕6.4 g。則Ca3N2的純度為_________(用百分數表示，保留一位小數)(注：氨氣能被灼熱氧化銅氧化，生成一種對環境無污染氣體)。

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玻璃管與Ca3N2發生反應Ca3N2+6H2O=3Ca(OH)2+2NH3↑，導致產物不純 防止空氣中的水蒸氣和氧氣進入硬質玻璃管跟金屬鈣反應 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，生成雜質CaO 78.7%

【解析】

(1)活潑的金屬與活潑的非金屬通過離子鍵結合；

(2)要防止Ca3N2潮解，從干燥管中干燥劑要是固態物質分析；

(3)鈣是活潑金屬，容易與空氣中的氧氣機水蒸氣反應；

(4)有氣體參加的化學反應，在反應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；

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

(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與水會發生反應：Ca3N2+6H2O=3Ca(OH)2+2NH3↑，從而導致產物不純，所以制取氮化鈣時要預防其潮解。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、硅膠等固態干燥劑；

(3)在硬質玻璃管中氮氣與金屬鈣反應制取氮化鈣，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玻璃管跟金屬鈣反應；

(4)該實驗目的是用氮氣與金屬鈣反應制取氮化鈣，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)該實驗目的是制取氮化鈣，若不先通入氮氣驅趕裝置內的空氣，加熱時一部分金屬鈣就與氧氣反應，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，會發生反應：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的硬質玻璃管中，發生反應：CuO+H2Cu+H2O，3CuO+2NH33Cu+N2+3H2O。可見充分反應后，固體減少的質量就是CuO中O元素的質量，根據方程式可知n(CuO)=n(O)=6.4 g÷16g/mol=0.4mol；根據方程式中CuO與氣體反應時的物質的量關系可得：n(H2)+n(NH3)=0.4mol，解得n(NH3)=0.2mol，n(H2)=0.1mol，再根據Ca3N2+6H2O=3Ca(OH)2+2NH3↑可知，n(Ca3N2)=n(NH3)=0.1mol,m(Ca3N2)=0.1mol×148g/mol=14.8g；根據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%。