Question

【题目】氮化钙(Ca3N2)是一种重要的化工试剂，遇水剧烈水解。实验室可由氮气和钙加热制得氮化钙，实验装置如下图(省略部分固定装置)。

(1)氮化钙中所含的化学键有(填“共价键”或“离子键”)_________。

(2)球形干燥管中的干燥剂可选用(至少写一种)_________，结合化学方程式解释其作用_________。

(3)制备过程中末端导管必须始终插入试管A的水中，目的是①便于观察N2的流速；②_________。

(4)制备氮化钙的操作步骤：①按图示连接好实验装置；②_________；③打开活塞K并通入N2；④点燃酒精灯，进行反应；⑤反应结束后，熄灭酒精灯，继续通N2，使装置冷却至室温；⑥拆除装置，取出产物。

(5)上述步骤中③和④_________(填“能”或“不能”)交换，理由是_________。

(6)氮气不足会影响实验制得Ca3N2的纯度。为测定氮化钙的纯度，实验结束后取一定量的固体混合物于足量水中，微热使气体完全逸出，收集到气体共6.72 L(已折算到标准状况)，将该气体通入装有足量灼热CuO的硬质玻璃管中充分反应，测得硬质玻璃管中固体质量减轻6.4 g。则Ca3N2的纯度为_________(用百分数表示，保留一位小数)(注：氨气能被灼热氧化铜氧化，生成一种对环境无污染气体)。

Answer 1

【答案】离子键 碱石灰、无水氯化钙等 防止水蒸气进入硬质玻璃管与Ca3N2发生反应Ca3N2+6H2O=3Ca(OH)2+2NH3↑，导致产物不纯 防止空气中的水蒸气和氧气进入硬质玻璃管跟金属钙反应 检验装置气密性，加入药品 不能 后通入氮气会导致装置中的氧气与钙反应，生成杂质CaO 78.7%

【解析】

(1)活泼的金属与活泼的非金属通过离子键结合；

(2)要防止Ca3N2潮解，从干燥管中干燥剂要是固态物质分析；

(3)钙是活泼金属，容易与空气中的氧气机水蒸气反应；

(4)有气体参加的化学反应，在反应前首先要检查气密性是否良好，然后才可以加入药品进行实验，否则会导致实验失败；

(5)在加热时金属钙会与空气中的氧气反应；

(6)氮气不足，得到的固态中含有Ca和Ca3N2，加入水，金属钙反应产生Ca(OH)2和H2，Ca3N2产生Ca(OH)2和NH3，产生气体与CuO反应，CuO+H2Cu+H2O；3CuO+2NH33Cu+N2+3H2O，固体减少的质量就是CuO中O元素的质量，利用反应中物质关系得到H2、NH3的物质的量进而可得金属Ca、Ca3N2的质量，最后计算得到物质的纯度。

(1)活泼的金属Ca与活泼的非金属N的原子通过电子得失形成阳离子Ca2+、阴离子N3-，然后离子间通过离子键结合形成离子化合物Ca3N2；

(2)氮化钙(Ca3N2)遇水剧烈水解, Ca3N2与水会发生反应：Ca3N2+6H2O=3Ca(OH)2+2NH3↑，从而导致产物不纯，所以制取氮化钙时要预防其潮解。由于盛放干燥剂的是干燥管，只能使用固体干燥剂，可利用碱石灰、无水氯化钙、硅胶等固态干燥剂；

(3)在硬质玻璃管中氮气与金属钙反应制取氮化钙，在装置的末端导管必须始终插入试管A的水中，一个目的是便于观察N2的流速；另一个目的是防止空气中的水蒸气和氧气进入硬质玻璃管跟金属钙反应；

(4)该实验目的是用氮气与金属钙反应制取氮化钙，所以在按图示连接好实验装置后，首先要检查气密性，然后再加入药品进行实验，若不检查气密性，则会导致实验失败；

(5)该实验目的是制取氮化钙，若不先通入氮气驱赶装置内的空气，加热时一部分金属钙就与氧气反应，得到氧化钙，使制取的氮化钙不纯，所以③和④两步顺序不能颠倒；

(6)若氮气不足制得Ca3N2中含有金属Ca，向固体中加入水时，会发生反应：Ca3N2+6H2O=3Ca(OH)2+2NH3↑；Ca+2H2O=Ca(OH)2+H2↑；n(H2)+n(NH3)=6.72L÷22.4L/mol=0.3mol，将得到的气体干燥够通过装有足量灼热CuO的硬质玻璃管中，发生反应：CuO+H2Cu+H2O，3CuO+2NH33Cu+N2+3H2O。可见充分反应后，固体减少的质量就是CuO中O元素的质量，根据方程式可知n(CuO)=n(O)=6.4 g÷16g/mol=0.4mol；根据方程式中CuO与气体反应时的物质的量关系可得：n(H2)+n(NH3)=0.4mol，解得n(NH3)=0.2mol，n(H2)=0.1mol，再根据Ca3N2+6H2O=3Ca(OH)2+2NH3↑可知，n(Ca3N2)=n(NH3)=0.1mol,m(Ca3N2)=0.1mol×148g/mol=14.8g；根据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的纯度为=78.7%。