Question

【题目】氮化铬(CrN)是一种良好的耐磨材料，实验室可用无水氯化铬(CrCl3)与氨气在高温下反应制备，反应原理为CrCl3+NH3CrN+3HCl.回答下列问题：

(1)制备无水氯化铬。氯化铬有很强的吸水性，通常以氯化铬晶体(CrCl3·6H2O)的形式存在。直接加热脱水往往得到Cr2O3，有关反应的化学方程式为______________，以氯化铬晶体制备无水氯化铬的方法是_____________________________。

(2)制备氮化铬。某实验小组设计制备氮化铬的装置如下图所示(夹持与加热装置省略)：

①装置A中发生反应的化学方程式为_____________________。

②实验开始时，要先打开装置A中活塞，后加热装置C，目的是___________________。

③装置B中盛放的试剂是____________，装置D的作用是_____________________。

④有同学认为该装置有一个缺陷，该缺陷是_______________________。

(3)氯化铬的纯度测定。制得的CrN中含有Cr2N杂质，取样品14.38g在空气中充分加热，得固体残渣(Cr2O3)的质量为16.72g，则样品中CrN的质量分数为_____________(结果保留3位有效数字)。

Answer 1

【答案】2CrCl3·6H2OCr2O3+9H2O+6HCl↑ 在HCl的气氛中加热 CaO+NH3·H2O=Ca(OH)2+NH3↑(或NH3·H2ONH3↑+H2O) 用生成的氨气排除装置内的空气 碱石灰 防止空气中的水分进入装置C 没有尾气处理装置(或其他合理答案) 91.8%

【解析】

（1）加热CrCl36H2O晶体时，CrCl3水解；为防止CrCl3水解，在HCl的气氛中加热CrCl36H2O晶体制无水氯化铬；

（2）①浓氨水与CaO反应生成氢氧化钙和氨气；

②生成的氨气排除装置内的空气；

③装置B中盛放的试剂是碱石灰，目的是干燥氨气；装置D中的无水氯化钙可以吸收空气中的水蒸气；

（3）依据样品和Cr2O3的质量建立联立方程式求得CrN的物质的量，再依据CrN的质量求得质量分数。

（1）加热CrCl36H2O晶体时，CrCl3水解，氯化氢受热挥发，使水解平衡右移，CrCl3完全水解得到Cr（OH）3，Cr（OH）3受热分解生成Cr2O3，反应的化学方程式为2CrCl3·6H2OCr2O3+9H2O+6HCl↑；为防止CrCl3水解，在HCl的气氛中加热CrCl36H2O晶体，脱水制得无水氯化铬，故答案为：2CrCl3·6H2OCr2O3+9H2O+6HCl↑；在HCl的气氛中加热；

（2）①装置A中，浓氨水滴入到锥形瓶中，浓氨水中水与CaO反应生成氢氧化钙并放出大量的热，溶液中氢氧根浓度增大，使氨水的电离平衡左移，反应放出的热量升高温度，有利于氨气逸出，反应的化学方程式为CaO+NH3·H2O=Ca(OH)2+NH3↑，故答案为：CaO+

NH3·H2O=Ca(OH)2+NH3↑；

②实验开始时，先打开装置A中活塞，浓氨水与CaO反应制得氨气，生成的氨气排除装置内的空气，在无氧条件下，无水氯化铬(CrCl3)与氨气在高温下反应生成CrN，故答案为：用生成的氨气排除装置内的空气；

③装置B中盛放的试剂是碱石灰，目的是干燥氨气，防止水蒸气进入装置C中，干扰CrN的制备；装置D中的无水氯化钙可以吸收空气中的水蒸气，防止水蒸气进入装置C中，干扰CrN的制备，故答案为：碱石灰；防止空气中的水分进入装置C；

④该装置有一个缺陷，没有氨气的尾气吸收装置，氨气排入到空气中，会污染环境，故答案为：没有尾气处理装置；

（3）设14.38g 样品中CrN为xmol，Cr2N为ymol，固体残渣Cr2O3的质量为16.72g，Cr2O3的物质的量为=0.11mol，由Cr原子个数守恒得关系式①x+2y=0.22，由样品质量的关系式②66x+118y=14.38，解关系式得x=0.2 mol，y=0.01mol，则样品中CrN的质量分数为≈91.8%，故答案为：91.8%。