Question

12．曾經有一種固氮的方法：1100°C通N₂和CaC₂反應得到CaCN₂．已知：CaCN₂+3H₂O=2NH₃↑+CaCO₃↓
（1）某同學采用圖1裝置（加熱和夾持儀器已略去）制取少量的CaCN₂
①U形管中盛放的物質是堿石灰或無水氯化鈣等（填一種），其作用是：防止空氣中的水進入石英管影響實驗
②不能（填“能”或“不能”）用普通玻璃管代替圖中石英管；
（2）檢驗反應后的固體（用W表示）中含有氮元素該同學將適量W溶于水，有氣泡產生，說明固體中含有氮元素，該結論不正確．若要得出正確結論，還需進行的實驗是將濕潤的紅色石蕊試紙置于容器口，試紙變藍色，說明固體中含有氮元素．
（3）測定W中CaCN₂的質量分數
步驟Ⅰ：按圖2所示裝置（夾持儀器已略去）進行實驗：關閉彈簧夾，將漏斗中溶液逐滴加入到三頸瓶中，當W反應完全后，打開彈簧夾，通入氮氣，直至氨氣被200mL0.1mol•L^-1硫酸完全吸收．
步驟Ⅱ：準確量取燒杯中溶液20.00mL置于錐形瓶中，滴入幾滴指示劑，用cmol•L^-1NaOH溶液滴定過量的硫酸，實驗測得消耗標準溶液的平均體積為vmL．
已知三種常用指示劑變色pH范圍如下：

指示劑	a	b	c
變色pH范圍	3.1～4.4	8.0～10.0	4.4～6.2
說明	pH＜3.1顯紅色 pH＞4.4顯黃色	pH＜8.0顯無色 pH＞10.0顯紅色	pH＜4.4顯紅色 pH＞6.2顯黃色

①上述滴定過程中，不宜選用的指示劑是b（填字母序號）；
②三頸瓶中除了發生生成氨氣的反應，還有：CaC₂+2H₂O=C₂H₂↑+Ca（OH）₂（用化學方程式表示），燒杯中最終吸收氨氣的物質的量為0.04-0.01cvmol；經進一步計算可求得W中CaCN₂質量分數．
③上述實驗所得結果明顯偏小，若不考慮裝置的氣密性和操作誤差，則導致結果偏小的可能原因是步驟Ⅰ中未加熱反應容器或生成碳酸鈣覆蓋在固體表面，導致反應不完全（寫1種）．

Answer 1

分析 （1）①由于碳化鈣極易與水反應，因此U形管中有關盛放固體干燥劑防止水蒸氣進入，因此可以是堿石灰或無水氯化鈣等；
②由于普通玻璃中含有二氧化硅，而在高溫下二氧化硅能與碳酸鈣反應生成硅酸鈣和CO₂，所以不能用普通玻璃管代替圖中石英管；
（2）由于過量的碳化鈣也能與水反應產生氣泡，因此要驗證含有氮元素，還必須檢驗生成的氣體中含有氨氣，所以正確的操作是將濕潤的紅色石蕊試紙置于容器口，試紙變藍色，說明固體中含有氮元素；
（3）①滴定前溶液顯酸性，而b指示劑在酸性條件下是無色的，當硫酸恰好被反應后，硫酸銨溶液還是顯酸性的，因此如果用b指示劑，溶液仍然是無色的，因此不宜選用的是b；
②樣品中有碳化鈣，碳化鈣能與水反應生成乙炔和氫氧化鈣，消耗氫氧化鈉的物質的量是0.001cvmol，則根據反應式2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O可知剩余硫酸的物質的量是0.0005cvmol×$\frac{200mL}{20mL}$=0.005cvmol，所以與氨氣反應的硫酸的物質的量是0.02mol-0.005cvmol，則與硫酸反應的氨氣的物質的量是（0.02mol-0.005cvmol）×2=（0.04-0.01cv）mol；
③由于反應需要加熱且反應中有碳酸鈣生成，因此如果實驗所得結果明顯偏小，則可能的原因是步驟Ⅰ中未加熱反應容器或生成碳酸鈣覆蓋在固體表面，導致反應不完全．

解答 解：（1）①由于碳化鈣極易與水反應，因此U形管中有關盛放固體干燥劑防止水蒸氣進入，因此可以是堿石灰或無水氯化鈣等；
故答案為：堿石灰或無水氯化鈣等；防止空氣中的水進入石英管影響實驗；
②由于普通玻璃中含有二氧化硅，而在高溫下二氧化硅能與碳酸鈣反應生成硅酸鈣和CO₂，所以不能用普通玻璃管代替圖中石英管；
故答案為：不能；
（2）由于過量的碳化鈣也能與水反應產生氣泡，因此要驗證含有氮元素，還必須檢驗生成的氣體中含有氨氣，所以正確的操作是將濕潤的紅色石蕊試紙置于容器口，試紙變藍色，說明固體中含有氮元素；
故答案為：將濕潤的紅色石蕊試紙置于容器口，試紙變藍色，說明固體中含有氮元素；
（3）①滴定前溶液顯酸性，而b指示劑在酸性條件下是無色的，當硫酸恰好被反應后，硫酸銨溶液還是顯酸性的，因此如果用b指示劑，溶液仍然是無色的，因此不宜選用的是b；
故答案為：b；
②樣品中有碳化鈣，碳化鈣能與水反應生成乙炔和氫氧化鈣，反應方程式為CaC₂+2H₂O=C₂H₂↑+Ca（OH）₂，消耗氫氧化鈉的物質的量是0.001cvmol，則根據反應式2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O可知剩余硫酸的物質的量是0.0005cvmol×$\frac{200mL}{20mL}$=0.005cvmol，所以與氨氣反應的硫酸的物質的量是0.02mol-0.005cvmol，則與硫酸反應的氨氣的物質的量是（0.02mol-0.005cvmol）×2=（0.04-0.01cv）mol；
故答案為：CaC₂+2H₂O=C₂H₂↑+Ca（OH）₂；0.04-0.01cv；
③由于反應需要加熱且反應中有碳酸鈣生成，因此如果實驗所得結果明顯偏小，則可能的原因是步驟Ⅰ中未加熱反應容器或生成碳酸鈣覆蓋在固體表面，導致反應不完全；
故答案為：步驟Ⅰ中未加熱反應容器或生成碳酸鈣覆蓋在固體表面，導致反應不完全．

點評 本題考查氮的固定，涉及實驗方案的設計、滴定原理的應用、質量分數的測定，較為綜合，難度較大，弄清實驗原理是解題的關鍵．