1、
氮化钙(Ca3N2)时一种重要的化学试剂,通常条件下为棕色易水解的固体。某小组在实验室制备氮化钙并测定其纯度,设计如下实验
Ⅰ.氮化钙的制备。
(1)加热条件下,钙和氮气制备氮化钙的反应方程式为______。
(2)钙和氮气制备氮化钙的装置如下(夹持装置略去):
上述装置合理的连接顺序为______(按气流方向,用接口字母表示,装置不重复使用)。
(3)按连接好的装置进行实验。
①实验步骤如下:检查装置气密性、加入药品:______(请按正确顺序填入下列步骤的字母标号)。
a.点燃装置C处酒精灯,反应一段时间
b.打开分液漏斗活塞
c.点燃装置A处酒精灯
d.熄灭装置A处酒精灯
e.熄灭装置C处酒精灯
f.关闭分液漏斗活塞
②装置B的作用为______。
③装置C的硬质玻璃管中的现象为______
(4)设计实验证明Ca3N2中混有钙单质:______
Ⅱ.测定氮化钙纯度
ⅰ称取4.0g反应后的固体,加入足量水,将生成的气体全部蒸出并通入100.00mL 1.00mol/L的盐酸中,充分反应后,将所得溶液稀释到200.00mL;
ii.取20.00mL稀释后的溶液,用0.2mol/LNaOH标准溶液滴定过量的盐酸,到终点时消耗标准溶液25.00mL。
(5)所取固体中氮化钙的质量分数为______。
3Ca+N2Ca3N2 i→gh→ab→ef→jk→d cbaefd 防止外界空气进入装置C使Ca3N2变质 银白色金属逐渐变为棕色 取C中反应后固体少量于试管中,加足量稀盐酸(或水),将生成气体通过碱石灰(或浓硫酸),通入灼热的CuO,黑色固体变红,则Ca3N2中混有钙单质 92.5%
由于氮化钙易水解,所以用干燥的氮气与钙反应制备氮化钙;根据题给装置和试剂,本题利用空气提供反应所需氮气,由于钙能与空气中的氧气、水蒸气等反应,所以要先除去空气中的氧气、水蒸气等;同时为防止氮化钙水解,实验中要防止外界水蒸气进入装置中;据此分析作答。
Ⅰ.(1)加热时,氮气与钙反应生成氮化钙,反应方程式为3Ca+N2Ca3N2,
故答案为:3Ca+N2Ca3N2;
(2)根据题给装置和试剂,本题利用空气提供反应所需氮气,由于钙能与空气中的氧气、水蒸气等反应,所以通过D装置除空气中的水蒸气和酸性气体,用A装置中灼热的铁粉除空气中的氧气;在C装置中氮气与Ca反应生成氮化钙,由于氮化钙易水解,B装置中用浓硫酸防止空气中水蒸气进入C中的硬质玻璃管中;C与B之间的F装置防止倒吸;按气流方向的连接顺序是:i→gh→ab→ef→jk→d,
故答案为:i→gh→ab→ef→jk→d;
(3)①实验开始检查装置气密性、加入药品,先点燃装置A处酒精灯(以保证与Ca反应的气体只有氮气)、打开分液漏斗活塞、点燃装置C处酒精灯,反应一段时间、熄灭装置C处酒精灯、关闭分液漏斗活塞,最后熄灭装置A处酒精灯,即可制得氮化钙,则操作顺序为cbaefd,
故答案为:cbaefd;
②装置B中盛装的浓硫酸能吸收水蒸气,防止外界空气进入装置C使Ca3N2变质,
故答案为:防止外界空气进入装置C使Ca3N2变质;
③装置C中氮气和钙在加热条件下生成氮化钙,可观察到的现象为银白色金属逐渐变为棕色,
故答案为:银白色金属逐渐变为棕色;
(4)Ca、Ca3N2都能与盐酸(或水)反应,盐酸(或水)与Ca反应生成的H2能使黑色的CuO变红,而氮化钙与盐酸(或足量水)反应没有气体产生,则证明Ca3N2中混有钙单质的实验步骤为:取C中反应后固体少量于试管中,加足量稀盐酸(或水),将生成气体用碱石灰干燥后通入灼热的CuO,黑色固体变红,则Ca3N2中混有钙单质。
故答案为:取C中反应后固体少量于试管中,加足量稀盐酸(或水),将生成气体通过碱石灰(或浓硫酸),通入灼热的CuO,黑色固体变红,则Ca3N2中混有钙单质;
Ⅱ.(5)剩余的盐酸量为×0.2mol/L×0.025L=0.05mol,故与NH3反应的盐酸为0.1L×1mo/L-0.05mol=0.05mol,根据氮元素守恒:Ca3N2~2NH3~2HCl,则n(Ca3N2)=0.025mol,则氮化钙的质量分数为×100%=92.5%,
故答案为:92.5%。
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