Question

某学校初三化学兴趣小组为制备氮化钙（化学式为Ca₃N₂），并对产品纯度进行检测，邀请你参与探究活动并回答下列问题．
（一）氮化钙的制备
【资料Ⅰ】钙是一种化学性质非常活泼的金属，常温下易与氧气、水等发生反应，加热时能与氮气化合生成氮化钙．
该小组设计的制备装置图如图（部分固定装置己略去）：

（1）写出金属钙与氮气加热制取氮化钙的化学方程式

 

．
（2）检查如图制备装置的气密性方法是

 

（3）制备氮化钙的操作步骤是：
①装入药品后立即打开活塞K通入一会儿氮气；
②点燃酒精灯，进行反应；
③反应结束后，先熄灭酒精灯，继续通氮气至玻璃管冷却到室温后再关闭活塞K；
④拆除装置，取出产物．
（4）实验反思：
①点燃酒精灯前先通一会儿N₂的目的是

 

．
②对上述制备装置和操作步骤的设计意图解释合理的是

 

．
A．导管插入试管A的水中，目的是吸收未参加反应的氮气，防止污染空气；
B．导管插入试管A的水中，目的是防止空气中的氧气通过末端导管进入实验装置与钙反应；
C．干燥管的作用是防止试管A中的水蒸气与金属钙反应；
D．第③步操作停止加热后继续通氮气至室温的目的是防止反应生成的氮化钙与氧气反应
（二）产品氮化钙的成分检测
【资料Ⅱ】常温下，钙与水反应生成氢氧化钙和氢气，氮化钙与水反应生成氢氧化钙和氨气．
该小组同学为了检测产品的纯度以及金属钙是否有剩余，按如下步骤进行实验：

问题分析：
（1）该小组同学根据上述流程中的现象对产品的成分做出如下判断：酚酞试液显

 

色，证明产品中有Ca₃N₂；气体燃烧发出淡蓝色火焰证明该气体是

 

，生成该气体的化学反应方程式是

 

．
（2）按上述步骤进行实验，数据如下：称取的氮化钙样品（假设样品中不含其他杂质）质量为7.8g，加入适量碳酸钠溶液至恰好完全反应，所得滤液质量为100克，白色沉淀质量为16 g．试计算：
①所得滤液中溶质的质量分数．（写出问题①的计算过程）
②该氮化钙样品中钙元素与氮元素的质量比为

 

．

Answer 1

考点：实验探究物质的组成成分以及含量,检查装置的气密性,气体的净化（除杂）,元素质量比的计算,书写化学方程式、文字表达式、电离方程式,根据化学反应方程式的计算

专题：科学探究

分析：（一）氮化钙的制备
（1）根据反应物、生成物、反应条件及其质量守恒定律可以书写反应的化学方程式；
（2）凡是有气体参加或产生的实验，实验前一定要检查装置的气密性，以防装置漏气影响实验结果；
（4）实验反思：
为了防止装置中的氧气、水蒸气和钙反应，点燃酒精灯前要先通一会儿氮气；
氧气不易溶于水，碱石灰能够吸收水蒸气；
（二）产品氮化钙的成分检测
（1）氨气溶于水生成氨水，氨水显碱性，能使酚酞试液变红色；
氢气在空气中燃烧能够发出淡蓝色火焰；
（2）氢氧化钙和碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠，根据碳酸钙的质量可以计算生成氢氧化钠的质量，进一步可以计算所得滤液中溶质的质量分数；
根据碳酸钙的质量可以计算氢氧化钙的质量，进一步可以计算钙元素的质量；
根据氢氧化钙的质量、氮化钙样品的质量可以计算氮化钙的质量，进一步可以计算氮元素的质量，从而可以计算该氮化钙样品中钙元素与氮元素的质量比．

解答：解：（一）氮化钙的制备
（1）金属钙与氮气加热制取氮化钙的化学方程式为：3Ca+N₂

△   .

Ca₃N₂．
故填：3Ca+N₂

△   .

Ca₃N₂．
（2）检查如图制备装置的气密性方法是：按图装配好仪器，关闭活塞k，将末端导管插入试管A的水中，用酒精灯微热硬玻璃管，若导管末端有气泡冒出，撤去酒精灯冷却后，在导管内形成一段水柱，则证明装置的气密性良好．
故填：按图装配好仪器，关闭活塞k，将末端导管插入试管A的水中，用酒精灯微热硬玻璃管，若导管末端有气泡冒出，撤去酒精灯冷却后，在导管内形成一段水柱，则证明装置的气密性良好．
（4）实验反思
①点燃酒精灯前先通一会儿N₂的目的是排出玻璃管中的空气．
故填：排出玻璃管中的空气．
②A．水不能吸收未参加反应的氮气，该选项解释不合理；
B．导管插入试管A的水中，目的是防止空气中的氧气通过末端导管进入实验装置与钙反应，该选项解释合理；
C．干燥管的作用是防止试管A中的水蒸气与金属钙反应，该选项解释合理；
D．氮化钙不能与氧气反应，该选项解释不合理．
故填：BC．
（二）产品氮化钙的成分检测
（1）酚酞试液显红色，证明产品中有Ca₃N₂；
气体燃烧发出淡蓝色火焰证明该气体是氢气，生成该气体的化学反应方程式是Ca+2H₂O═Ca（OH）₂+H₂↑．
故填：红；氢气；Ca+2H₂O═Ca（OH）₂+H₂↑．
（2）①解：设氢氧化钙的质量为x，氢氧化钠的质量为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，
所得滤液中溶质氢氧化钠的质量分数为：

12.8g

100g

×100%=12.8%，
答：所得滤液中溶质氢氧化钠的质量分数为12.8%．
②解：设氮化钙的质量为m，与水反应生成氢氧化钙的质量为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，
该氮化钙样品中钙元素的质量为：11.84g×

40

74

×100%=6.4g，氮元素的质量为：7.4g×

28

148

×100%=1.4g，
该氮化钙样品中钙元素与氮元素的质量比为：6.4g：1.4g=32：7．
故填：32：7．

点评：合理设计实验，科学地进行实验、分析实验，是得出正确实验结论的前提，因此要学会设计实验、进行实验、分析实验，为学好化学知识奠定基础．