Question

某試驗小組利用如下裝置（部分固定裝置略）制備氧化鈣（Ca₃N₂），并探究其實驗式。

（1）按圖連接好實驗裝置。檢查裝置的氣密性，方法是            。

（2）反應過程中末端導管必須插入試管A的水中，目的是          。

（3）制備氮化鈣的操作步驟是：①打開活塞K并通入N₂；②點燃酒精燈，進行反應；③反應結束后，         ；④拆除裝置，取出產物。

(4)數據記錄如下：

空瓷舟質量m0/g	瓷舟與鈣的質量m1/g	瓷舟與產物的質量m2/g
14.80	15.08	15.15

①計算得到實驗式Ca_xN₂,其中x=             .

②若通入的N₂中混有少量O₂，請比較x與3的大小，并給出判斷依據：           。

Answer 1

（1）關閉活塞K，將末端導管插入試管A的水中，用酒精燈微熱硬質試管，若末端導管有連續均勻的氣泡冒出，撤去酒精燈冷卻一段時間，在導管內形成一段水柱，并且一段時間不回落，則證明裝置的氣密性良好。

（2）反應過程中末端導管必須始終插入試管A的水中，目的是：防止空氣中的氧氣通過末端導管進入實驗裝置，氧化單質鈣，生成氧化鈣，引入雜質。

（3）反應結束后，先將末端導管從試管A中拔出，再熄滅酒精燈。

（4）x=2.8；因為鈣的總量不變，若通入的N₂中混有少量O₂，所得產物中會混有氧化鈣，因為氮的相對原子質量小于樣的相對原子質量，結果m₂偏大，n(N)會偏大，所以x值會減小。

解析:

（1）檢查裝置氣密性首先要關閉活塞K，并將末端導管插入試管A的水中形成密閉系統，而是要通過升溫形成壓強差。（2）由題給（4）的②可知，若N₂中混有O₂會使產物不純，因此要隔絕氧氣對反應的影響，末端導管必須插入試管A的水中可防止氧氣進入。（3）此處要聯想初中氧氣制備作答，因為溫度降低會導致壓強減小，出現倒吸現象，所以要首先撤出導管，在熄滅酒精燈。（4）①由題給實驗數據可知：

m(Ca )=m₁—m₀=15.08—14.80=0.28g

則n(Ca )=0.28g/40g·moL^-1=0.007mol

m(Ca_xN₂)=15.15—14.80=0.35g

則m(N)=0.35g—0.28g=0.07g

n(N)=0.07g/14g·mol^-1=0.005mol

因為n(Ca )：n(N)=7：5，所以x=2×7/5=2.8

②因為鈣的總量不變，若通入的N₂中混有少量O₂，所得產物中會混有氧化鈣，因為氮的相對原子質量小于樣的相對原子質量，結果m₂偏大，n(N)會偏大，所以x值會減小。