Question

【题目】氮化铬(CrN)是一种良好的耐磨材料，实验室可用无水氯化铬(CrCl3)与氨气在高温下反应制备，反应原理为CrCl3+NH3CrN+3HCl。无水氯化钙对氨气具有突出的吸附能力，其吸附过程中容易膨胀、结块。回答下列问题：

(1)制备无水氯化铬。氯化铬有很强的吸水性，通常以氯化铬晶体(CrCl3·6H2O)的形式存在。直接加热脱水往往得到Cr2O3，有关反应的化学方程式为___________________________。以氯化铬晶体制备无水氯化铬的方法是_________________________________。

(2)制备氮化铬。某实验小组设计制备氮化铬的装置如下图所示(夹持与加热装置省略)：

①装置A中发生反应的化学方程式为____________________________________________。

②实验开始时，要先打开装置A中活塞，后加热装置C，目的是______________________。

③装置B中盛放的试剂是___________，装置D的作用是______________________。

④有同学认为该装置有一个缺陷，该缺陷是______________________。

(3)氮化铬的纯度测定。制得的CrN中含有Cr2N杂质，取样品14.38g在空气中充分加热，得固体残渣(Cr2O3)的质量为16.72g，则样品中CrN与Cr2N的物质的量之比为___________。

(4)工业上也可用Cr2O3与NH3在高温下反应制备CrN。相关反应的化学方程式为___________，提出一条能降低粗产品中氧含量的措施：______________________。

Answer 1

【答案】2CrCl36H2OCr2O3+9H2O+6HCl↑ 在HCl的气氛中加热 CaO+NH3 H2O=Ca(OH)2+NH3↑ 用生成的氨气排除装置内的空气 碱石灰 吸收剩余的氨气，并防止空气中的水分进入装置C 氯化钙吸收氨气后体积膨胀、结块，导致气流不畅通 20:1 Cr2O3+2NH32CrN+3H2O 增大NH3的流量（浓度）（或其它合理答案）

【解析】

(1)氯化铬晶体(CrCl3·6H2O)加热后会发生水解，直接加热脱水得到Cr2O3；若以氯化铬晶体制备无水氯化铬，则要抑制其水解，要在HCl的气氛中加热；

(2)①装置A为用氧化钙和浓氨水制取氨气的装置，发生反应的化学方程式为CaO+NH3 H2O=Ca(OH)2+NH3↑；

②由制取氮化钙反应可知，装置中不能有空气，否则会影响实验，所以实验开始时，要先打开装置A中活塞，后加热装置C，目的是用生成的氨气排除装置内的空气；

③制备时装置中不能有水，所以装置B中盛放的试剂是碱石灰，用来干燥氨气；装置D则是为了吸收剩余的氨气，并防止空气中的水分进入装置C；

④由制备原理可知，该实验中氨气易剩余，氯化钙吸收氨气后体积膨胀、结块，导致气流不畅通；

（3）根据铬元素守恒，列方程组计算；

（4）根据题给信息中的反应CrCl3+NH3CrN+3HCl，类比此反应，若用Cr2O3与NH3在高温下反应制备CrN则生成氮化铬和水；若要降低粗产品中氧含量则要Cr2O3尽可能发生反应转化为氮化铬；

(1)氯化铬晶体(CrCl3·6H2O)加热后会发生水解，直接加热脱水得到Cr2O3，反应的化学方程式为2CrCl36H2OCr2O3+9H2O+6HCl↑；若以氯化铬晶体制备无水氯化铬，则要抑制其水解，要在HCl的气氛中加热；

故答案为：2CrCl36H2OCr2O3+9H2O+6HCl↑；在HCl的气氛中加热；

(2)①装置A为用氧化钙和浓氨水制取氨气的装置，发生反应的化学方程式为CaO+NH3 H2O=Ca(OH)2+NH3↑；

②由制取氮化钙反应可知，装置中不能有空气，否则会影响实验，所以实验开始时，要先打开装置A中活塞，后加热装置C，目的是用生成的氨气排除装置内的空气；

③制备时装置中不能有水，所以装置B中盛放的试剂是碱石灰，用来干燥氨气；装置D则是为了吸收剩余的氨气，并防止空气中的水分进入装置C；

④由制备原理可知，该实验中氨气易剩余，氯化钙吸收氨气后体积膨胀、结块，导致气流不畅通；

故答案为：CaO+NH3 H2O=Ca(OH)2+NH3↑；用生成的氨气排除装置内的空气；碱石灰；防止空气中的水分进入装置C；没有尾气处理装置；

(3) 设样品中CrN与Cr2N的物质的量分别为x、y，

则由题给条件有：①66g/mol×x+118g/mol×y=14.38g，②x+2y=×2；

联立①②方程，解得x=0.2mol，y=0.01mol，

则样品中CrN与Cr2N的物质的量之比为0.2mol:0.01mol=20:1；

故答案为：20:1；

(4)根据题给信息中的反应CrCl3+NH3CrN+3HCl，类比此反应，若用Cr2O3与NH3在高温下反应制备CrN则生成氮化铬和水，化学方程式为Cr2O3+2NH32CrN+3H2O；

若要降低粗产品中氧含量则要Cr2O3尽可能发生反应转化为氮化铬，可以采取增大NH3的流量（浓度）的方法；

故答案为：Cr2O3+2NH32CrN+3H2O；增大NH3的流量（浓度）（或其它合理答案）。