Question

某实验小组利用如下装置（部分固定装置略）制备氮化钙（Ca₃N₂，易与水反应），并测定其化学式．

（1）连接好实验装置，检查装置的气密性，方法是

 

；反应过程中末端导管插入试管A的水中，目的是

 

．
（2）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，先熄灭酒精灯，待

 

，停止通N₂并关闭活塞K；
④拆除装置，取出产物．
（3）数据记录如下：

空石英管质量 m0/g	石英管与钙的质量 m1/g	石英管与产物的质量 m2/g
14.800	15.080	15.150

通过以上数据求算化学式Ca_xN₂，x=

 

．
（4）上述实验产生误差的原因可能是

 

（选填编号）．
①N₂通入不足，反应器中有O₂   ②钙与N₂未充分反应     ③产物与空气接触
请提出提高该实验准确度的方法

 

（答一点即可）．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,探究物质的组成或测量物质的含量

专题：实验题

分析：（1）根据检查装置的气密性的常用方法；保证整个装置不能混入其他气体；
（2）一定要使硬质管冷却后再停止通入氮气流；
（3）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：
m（Ca）=（15.080-14.800）g=0.280g，m（N）=（15.150-15.080）g=0.070g，则n（Ca）：n（N）=

0.280g

40g/mol

：

0.070g

28g/mol

=7：5，
由Ca_xN₂知，x：2=7：5，则x=2.8；
（4）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；若钙与N₂未充分反应，生成的Ca₃N₂中还有没反应的钙，则x值偏大；进行恒重操作、进行平行实验、严格和规范操作等是提高实验准确度的一般方法．

解答： 解：由实验流程可知，通过控制活塞K，氮气流入装有钙的硬质试管，在硬质试管中，钙与氮气发生反应，由于钙非常活泼，此反应不能与空气接触，用试管A中的水，对此实验隔绝空气，U形管的作用是防止倒吸；又Ca₃N₂，易与水反应，设计干燥管防止试管A中的水进入硬质试管；
（1）微热法检验装置的气密性：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；若反应过程中末端导管没有插入试管A的水中，会有空气进入反应管，氧化单质钙，生成钙的氧化物，引入杂质，末端导管插入试管A的水中，也便于观察N₂流速，
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；防止反应过程中空气进入反应管，便于观察N₂流速；
（2）反应结束后，先熄灭酒精灯，待反应管冷却至室温，停止通N₂并关闭活塞K；注意事项：一定要使玻璃管冷却后再停止通入气流，
故答案为：反应管冷却至室温；
（3）要确定X值必须求出钙和氮的原子个数比，分析实验：石英管与钙的质量和空石英管质量差为钙单质的质量，石英管与产物的质量与石英管与钙的质量差为反应的氮元素的质量，据题目给的数据可做如下计算：①m（Ca）=（15.080-14.800）g=0.280g，m（N）=（15.150-15.080）g=0.070g，
则n（Ca）：n（N）=

0.280g

40g/mol

：

0.070g

28g/mol

=7：5，由Ca_xN₂知，x：2=7：5，则x=2.8，
故答案为：2.8；
（4）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；若钙与N₂未充分反应，生成的Ca₃N₂中还有没反应的钙，则x值偏大；要想提高该实验准确度，可以进行恒重操作，确定每组数据的准确性，也可以多次平行实验做对比等，
故答案为：①③；进行恒重操作、进行平行实验、严格和规范操作等．

点评：本题考查学生化学实验基本操作技巧和处理问题的能力，以及对实验结果进行计算和分析判断的能力．