Question

12．曾经有一种固氮的方法：1100°C通N₂和CaC₂反应得到CaCN₂．已知：CaCN₂+3H₂O=2NH₃↑+CaCO₃↓
（1）某同学采用图1装置（加热和夹持仪器已略去）制取少量的CaCN₂
①U形管中盛放的物质是碱石灰或无水氯化钙等（填一种），其作用是：防止空气中的水进入石英管影响实验
②不能（填“能”或“不能”）用普通玻璃管代替图中石英管；
（2）检验反应后的固体（用W表示）中含有氮元素该同学将适量W溶于水，有气泡产生，说明固体中含有氮元素，该结论不正确．若要得出正确结论，还需进行的实验是将湿润的红色石蕊试纸置于容器口，试纸变蓝色，说明固体中含有氮元素．
（3）测定W中CaCN₂的质量分数
步骤Ⅰ：按图2所示装置（夹持仪器已略去）进行实验：关闭弹簧夹，将漏斗中溶液逐滴加入到三颈瓶中，当W反应完全后，打开弹簧夹，通入氮气，直至氨气被200mL0.1mol•L^-1硫酸完全吸收．
步骤Ⅱ：准确量取烧杯中溶液20.00mL置于锥形瓶中，滴入几滴指示剂，用cmol•L^-1NaOH溶液滴定过量的硫酸，实验测得消耗标准溶液的平均体积为vmL．
已知三种常用指示剂变色pH范围如下：

指示剂	a	b	c
变色pH范围	3.1～4.4	8.0～10.0	4.4～6.2
说明	pH＜3.1显红色 pH＞4.4显黄色	pH＜8.0显无色 pH＞10.0显红色	pH＜4.4显红色 pH＞6.2显黄色

①上述滴定过程中，不宜选用的指示剂是b（填字母序号）；
②三颈瓶中除了发生生成氨气的反应，还有：CaC₂+2H₂O=C₂H₂↑+Ca（OH）₂（用化学方程式表示），烧杯中最终吸收氨气的物质的量为0.04-0.01cvmol；经进一步计算可求得W中CaCN₂质量分数．
③上述实验所得结果明显偏小，若不考虑装置的气密性和操作误差，则导致结果偏小的可能原因是步骤Ⅰ中未加热反应容器或生成碳酸钙覆盖在固体表面，导致反应不完全（写1种）．

Answer 1

分析 （1）①由于碳化钙极易与水反应，因此U形管中有关盛放固体干燥剂防止水蒸气进入，因此可以是碱石灰或无水氯化钙等；
②由于普通玻璃中含有二氧化硅，而在高温下二氧化硅能与碳酸钙反应生成硅酸钙和CO₂，所以不能用普通玻璃管代替图中石英管；
（2）由于过量的碳化钙也能与水反应产生气泡，因此要验证含有氮元素，还必须检验生成的气体中含有氨气，所以正确的操作是将湿润的红色石蕊试纸置于容器口，试纸变蓝色，说明固体中含有氮元素；
（3）①滴定前溶液显酸性，而b指示剂在酸性条件下是无色的，当硫酸恰好被反应后，硫酸铵溶液还是显酸性的，因此如果用b指示剂，溶液仍然是无色的，因此不宜选用的是b；
②样品中有碳化钙，碳化钙能与水反应生成乙炔和氢氧化钙，消耗氢氧化钠的物质的量是0.001cvmol，则根据反应式2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O可知剩余硫酸的物质的量是0.0005cvmol×$\frac{200mL}{20mL}$=0.005cvmol，所以与氨气反应的硫酸的物质的量是0.02mol-0.005cvmol，则与硫酸反应的氨气的物质的量是（0.02mol-0.005cvmol）×2=（0.04-0.01cv）mol；
③由于反应需要加热且反应中有碳酸钙生成，因此如果实验所得结果明显偏小，则可能的原因是步骤Ⅰ中未加热反应容器或生成碳酸钙覆盖在固体表面，导致反应不完全．

解答 解：（1）①由于碳化钙极易与水反应，因此U形管中有关盛放固体干燥剂防止水蒸气进入，因此可以是碱石灰或无水氯化钙等；
故答案为：碱石灰或无水氯化钙等；防止空气中的水进入石英管影响实验；
②由于普通玻璃中含有二氧化硅，而在高温下二氧化硅能与碳酸钙反应生成硅酸钙和CO₂，所以不能用普通玻璃管代替图中石英管；
故答案为：不能；
（2）由于过量的碳化钙也能与水反应产生气泡，因此要验证含有氮元素，还必须检验生成的气体中含有氨气，所以正确的操作是将湿润的红色石蕊试纸置于容器口，试纸变蓝色，说明固体中含有氮元素；
故答案为：将湿润的红色石蕊试纸置于容器口，试纸变蓝色，说明固体中含有氮元素；
（3）①滴定前溶液显酸性，而b指示剂在酸性条件下是无色的，当硫酸恰好被反应后，硫酸铵溶液还是显酸性的，因此如果用b指示剂，溶液仍然是无色的，因此不宜选用的是b；
故答案为：b；
②样品中有碳化钙，碳化钙能与水反应生成乙炔和氢氧化钙，反应方程式为CaC₂+2H₂O=C₂H₂↑+Ca（OH）₂，消耗氢氧化钠的物质的量是0.001cvmol，则根据反应式2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O可知剩余硫酸的物质的量是0.0005cvmol×$\frac{200mL}{20mL}$=0.005cvmol，所以与氨气反应的硫酸的物质的量是0.02mol-0.005cvmol，则与硫酸反应的氨气的物质的量是（0.02mol-0.005cvmol）×2=（0.04-0.01cv）mol；
故答案为：CaC₂+2H₂O=C₂H₂↑+Ca（OH）₂；0.04-0.01cv；
③由于反应需要加热且反应中有碳酸钙生成，因此如果实验所得结果明显偏小，则可能的原因是步骤Ⅰ中未加热反应容器或生成碳酸钙覆盖在固体表面，导致反应不完全；
故答案为：步骤Ⅰ中未加热反应容器或生成碳酸钙覆盖在固体表面，导致反应不完全．

点评 本题考查氮的固定，涉及实验方案的设计、滴定原理的应用、质量分数的测定，较为综合，难度较大，弄清实验原理是解题的关键．