Question

某學(xué)校初三化學(xué)興趣小組為制備氮化鈣（化學(xué)式為Ca₃N₂），并對產(chǎn)品純度進(jìn)行檢測，邀請你參與探究活動并回答下列問題．
（一）氮化鈣的制備
【資料Ⅰ】鈣是一種化學(xué)性質(zhì)非�；顫姷慕饘�，常溫下易與氧氣、水等發(fā)生反應(yīng)，加熱時能與氮氣化合生成氮化鈣．
該小組設(shè)計的制備裝置圖如圖（部分固定裝置己略去）：

（1）寫出金屬鈣與氮氣加熱制取氮化鈣的化學(xué)方程式

 

．
（2）檢查如圖制備裝置的氣密性方法是

 

（3）制備氮化鈣的操作步驟是：
①裝入藥品后立即打開活塞K通入一會兒氮氣；
②點燃酒精燈，進(jìn)行反應(yīng)；
③反應(yīng)結(jié)束后，先熄滅酒精燈，繼續(xù)通氮氣至玻璃管冷卻到室溫后再關(guān)閉活塞K；
④拆除裝置，取出產(chǎn)物．
（4）實驗反思：
①點燃酒精燈前先通一會兒N₂的目的是

 

．
②對上述制備裝置和操作步驟的設(shè)計意圖解釋合理的是

 

．
A．導(dǎo)管插入試管A的水中，目的是吸收未參加反應(yīng)的氮氣，防止污染空氣；
B．導(dǎo)管插入試管A的水中，目的是防止空氣中的氧氣通過末端導(dǎo)管進(jìn)入實驗裝置與鈣反應(yīng)；
C．干燥管的作用是防止試管A中的水蒸氣與金屬鈣反應(yīng)；
D．第③步操作停止加熱后繼續(xù)通氮氣至室溫的目的是防止反應(yīng)生成的氮化鈣與氧氣反應(yīng)
（二）產(chǎn)品氮化鈣的成分檢測
【資料Ⅱ】常溫下，鈣與水反應(yīng)生成氫氧化鈣和氫氣，氮化鈣與水反應(yīng)生成氫氧化鈣和氨氣．
該小組同學(xué)為了檢測產(chǎn)品的純度以及金屬鈣是否有剩余，按如下步驟進(jìn)行實驗：

問題分析：
（1）該小組同學(xué)根據(jù)上述流程中的現(xiàn)象對產(chǎn)品的成分做出如下判斷：酚酞試液顯

 

色，證明產(chǎn)品中有Ca₃N₂；氣體燃燒發(fā)出淡藍(lán)色火焰證明該氣體是

 

，生成該氣體的化學(xué)反應(yīng)方程式是

 

．
（2）按上述步驟進(jìn)行實驗，數(shù)據(jù)如下：稱取的氮化鈣樣品（假設(shè)樣品中不含其他雜質(zhì)）質(zhì)量為7.8g，加入適量碳酸鈉溶液至恰好完全反應(yīng)，所得濾液質(zhì)量為100克，白色沉淀質(zhì)量為16 g．試計算：
①所得濾液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．（寫出問題①的計算過程）
②該氮化鈣樣品中鈣元素與氮元素的質(zhì)量比為

 

．

Answer 1

考點：實驗探究物質(zhì)的組成成分以及含量,檢查裝置的氣密性,氣體的凈化（除雜）,元素質(zhì)量比的計算,書寫化學(xué)方程式、文字表達(dá)式、電離方程式,根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式的計算

專題：科學(xué)探究

分析：（一）氮化鈣的制備
（1）根據(jù)反應(yīng)物、生成物、反應(yīng)條件及其質(zhì)量守恒定律可以書寫反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（2）凡是有氣體參加或產(chǎn)生的實驗，實驗前一定要檢查裝置的氣密性，以防裝置漏氣影響實驗結(jié)果；
（4）實驗反思：
為了防止裝置中的氧氣、水蒸氣和鈣反應(yīng)，點燃酒精燈前要先通一會兒氮氣；
氧氣不易溶于水，堿石灰能夠吸收水蒸氣；
（二）產(chǎn)品氮化鈣的成分檢測
（1）氨氣溶于水生成氨水，氨水顯堿性，能使酚酞試液變紅色；
氫氣在空氣中燃燒能夠發(fā)出淡藍(lán)色火焰；
（2）氫氧化鈣和碳酸鈉反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀和氫氧化鈉，根據(jù)碳酸鈣的質(zhì)量可以計算生成氫氧化鈉的質(zhì)量，進(jìn)一步可以計算所得濾液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
根據(jù)碳酸鈣的質(zhì)量可以計算氫氧化鈣的質(zhì)量，進(jìn)一步可以計算鈣元素的質(zhì)量；
根據(jù)氫氧化鈣的質(zhì)量、氮化鈣樣品的質(zhì)量可以計算氮化鈣的質(zhì)量，進(jìn)一步可以計算氮元素的質(zhì)量，從而可以計算該氮化鈣樣品中鈣元素與氮元素的質(zhì)量比．

解答：解：（一）氮化鈣的制備
（1）金屬鈣與氮氣加熱制取氮化鈣的化學(xué)方程式為：3Ca+N₂

△   .

Ca₃N₂．
故填：3Ca+N₂

△   .

Ca₃N₂．
（2）檢查如圖制備裝置的氣密性方法是：按圖裝配好儀器，關(guān)閉活塞k，將末端導(dǎo)管插入試管A的水中，用酒精燈微熱硬玻璃管，若導(dǎo)管末端有氣泡冒出，撤去酒精燈冷卻后，在導(dǎo)管內(nèi)形成一段水柱，則證明裝置的氣密性良好．
故填：按圖裝配好儀器，關(guān)閉活塞k，將末端導(dǎo)管插入試管A的水中，用酒精燈微熱硬玻璃管，若導(dǎo)管末端有氣泡冒出，撤去酒精燈冷卻后，在導(dǎo)管內(nèi)形成一段水柱，則證明裝置的氣密性良好．
（4）實驗反思
①點燃酒精燈前先通一會兒N₂的目的是排出玻璃管中的空氣．
故填：排出玻璃管中的空氣．
②A．水不能吸收未參加反應(yīng)的氮氣，該選項解釋不合理；
B．導(dǎo)管插入試管A的水中，目的是防止空氣中的氧氣通過末端導(dǎo)管進(jìn)入實驗裝置與鈣反應(yīng)，該選項解釋合理；
C．干燥管的作用是防止試管A中的水蒸氣與金屬鈣反應(yīng)，該選項解釋合理；
D．氮化鈣不能與氧氣反應(yīng)，該選項解釋不合理．
故填：BC．
（二）產(chǎn)品氮化鈣的成分檢測
（1）酚酞試液顯紅色，證明產(chǎn)品中有Ca₃N₂；
氣體燃燒發(fā)出淡藍(lán)色火焰證明該氣體是氫氣，生成該氣體的化學(xué)反應(yīng)方程式是Ca+2H₂O═Ca（OH）₂+H₂↑．
故填：紅；氫氣；Ca+2H₂O═Ca（OH）₂+H₂↑．
（2）①解：設(shè)氫氧化鈣的質(zhì)量為x，氫氧化鈉的質(zhì)量為y，
 Na₂CO₃+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+2NaOH，
           74      100       80
            x      16g        y

74

x

=

100

16g

=

80

y

，
x=11.84g，y=12.8g，
所得濾液中溶質(zhì)氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

12.8g

100g

×100%=12.8%，
答：所得濾液中溶質(zhì)氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.8%．
②解：設(shè)氮化鈣的質(zhì)量為m，與水反應(yīng)生成氫氧化鈣的質(zhì)量為n，
  Ca+2H₂O═Ca（OH）₂+H₂↑，Ca₃N₂+6H₂O═3Ca（OH）₂+2NH₃↑，
  40         74           148          222
 7.8g-m    11.84g-n        m            n   

40

7.8g-m

=

74

11.84g-n

，

148

m

=

222

n

，
m=7.4g，
該氮化鈣樣品中鈣元素的質(zhì)量為：11.84g×

40

74

×100%=6.4g，氮元素的質(zhì)量為：7.4g×

28

148

×100%=1.4g，
該氮化鈣樣品中鈣元素與氮元素的質(zhì)量比為：6.4g：1.4g=32：7．
故填：32：7．

點評：合理設(shè)計實驗，科學(xué)地進(jìn)行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結(jié)論的前提，因此要學(xué)會設(shè)計實驗、進(jìn)行實驗、分析實驗，為學(xué)好化學(xué)知識奠定基礎(chǔ)．