Question

18．某实验小组利用如图装置（部分固定装置略）制备氮化钙（Ca₃N₂），并探究其实验式．

（1）按图连接好实验装置，检查装置的气密性，方法是关闭活塞K，微热反应管，试管A中有气泡冒出，停止加热．冷却后若末端导管中水柱上升且高度保持不变，则说明装置气密性良好．
（2）反应过程中末端导管必须始终插入试管A的水中，目的是防止反应过程中空气进入反应管．
（3）制备氮化钙的操作步骤是：①打开活塞K并通入N₂；②点燃酒精灯，进行反应； ③反应结束后，防止反应过程中空气进入反应管；④拆除装置，取出产物．
（4）上述步骤①中通入N₂-段时间后再点燃酒精灯原因是氮气排尽装置中的空气，可以防止钙与装置中的氧气或二氧化碳、水等反应，装置中干燥管后的U形管的作用是防倒吸．
（5）数据记录如表：

空瓷舟质量m0/g	瓷舟与钙的质量m1/g	瓷舟与产物的质量m2/g
14.80	15.08	15.15

①计算得到实验式CaxN₂，其中x=$\frac{14}{5}$．
②若通入的N₂中混有少量O₂，请比较x与3的大小，并给出判断依据：O₂和N₂分别与等量的Ca反应，生成CaO的质量高于Ca₃N₂．若通入的N₂中混有少量的O₂，会导致计算出n（N）偏大，所以 $\frac{n（Ca）}{n（N）}$＜$\frac{3}{2}$，即x＜3．

Answer 1

分析 （1）根据检查装置的气密性的常用方法；
（2）要保证整个装置不能混入其他气体；
（3）一定要使玻璃管冷却后再停止通入气流；
（4）钙是活泼金属，能与空气中的水、二氧化碳等反应，装置中干燥管后的U形管可防倒吸，据此答题；
（5）要确定X值必须求出钙和氮的原子个数比，根据题目给的数据可做如下计算
①m（Ca）=（15.08-14.80）g=0.28g，m（N）=（15.15-15.08）g=0.07g，则n（Ca）：n（N）=$\frac{0.28}{40}$：$\frac{0.07}{14}$=7：5，据此计算x；
②若通入的N₂中混有少量O₂，则产物中就有可能混有了CaO，而Ca₃N₂中钙的质量分数为81.08%，CaO中钙的质量分数为71.43%，所以产物中混有了CaO会导致钙的质量分数减小，x的值偏小．

解答 解：（1）关闭活塞K，微热反应管，试管A中有气泡冒出，停止加热．冷却后若末端导管中水柱上升且高度保持不变，则说明装置气密性良好，
故答案为：关闭活塞K，微热反应管，试管A中有气泡冒出，停止加热．冷却后若末端导管中水柱上升且高度保持不变，则说明装置气密性良好；
（2）防止反应过程中空气进入反应管，故答案为：防止反应过程中空气进入反应管；
（3）熄灭酒精灯，待反应管冷却至室温，停止通入N₂，并关闭活塞K，故答案为：熄灭酒精灯，待反应管冷却至室温，停止通入N₂，并关闭活塞K；
（4）钙是活泼金属，能与空气中的水、二氧化碳等反应，所以在通入N₂-段时间后再点燃酒精灯，用氮气排尽装置中的空气，可以防止钙与装置中的氧气或二氧化碳、水等反应，装置中干燥管后的U形管可防倒吸，
故答案为：氮气排尽装置中的空气，可以防止钙与装置中的氧气或二氧化碳、水等反应；防倒吸；
（5）①m（Ca）=（15.08-14.80）g=0.28g，m（N）=（15.15-15.08）g=0.07g，则n（Ca）：n（N）=$\frac{0.28}{40}$：$\frac{0.07}{14}$=7：5，则x=$\frac{14}{5}$，
故答案为：$\frac{14}{5}$；
②O₂和N₂分别与等量的Ca反应，生成CaO的质量高于Ca₃N₂．若通入的N₂中混有少量的O₂，会导致计算出n（N）偏大，所以 $\frac{n（Ca）}{n（N）}$＜$\frac{3}{2}$，即x＜3，
故答案为：O₂和N₂分别与等量的Ca反应，生成CaO的质量高于Ca₃N₂．若通入的N₂中混有少量的O₂，会导致计算出n（N）偏大，所以 $\frac{n（Ca）}{n（N）}$＜$\frac{3}{2}$，即x＜3．

点评 本题主要考查学生化学实验基本操作技能和处理问题的能力，以及对实验结果进行计算和误差分析判断的能力．