Question

初三興趣小組利用如下裝置（部分固定裝置已略去）制備氮化鈣，并探究其化學式（實驗式）．
（1）按圖連接好實驗裝置．檢查裝置氣密性的方法是

 

．
（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：

空硬玻璃管質量m0/g	硬玻璃管與鈣的質量m1/g	硬玻璃管與產物的質量m2/g
114.8g	120.8g	122.2

①計算得到化學式（實驗式）Ca_xN₂，其中x=

 

．
②若通入的N₂中混有少量O₂，如上計算得到的x

 

3（填寫“＞”、“=”、“＜”），判斷依據是：

 

．

Answer 1

分析：（1）利用裝置內空氣受熱時膨脹，若在插入水中的導管末端觀察到氣泡冒出，且在停止受熱后又出現導管內形成一段水柱的現象，可檢測裝置的氣密性；
（2）反應產生的尾氣氮氣不能與水反應也不能溶于水，把導管插入水中可以防止空氣從導管進入裝置而造成氧氣與鈣發生反應；
（3）為防止鈣與空氣中氧氣等發生反應，制備氮化鈣時應先通入氮氣排出裝置內空氣，然后點燃酒精燈加熱進行反應；待反應結束后，為防止水倒流，在將導管從試管內水中撤出前應繼續通入氮氣，撤出導管后再熄滅酒精燈；最后拆除裝置，取出產物；
（4）由實驗數據表中數據m₁、m₂與m₀的差，計算參加反應鈣的質量及生成氮化鈣的質量，根據反應的化學方程式，由兩物質的質量計算氮化鈣化學式中x值．

解答：解：（1）將活塞k關閉，將末端導管插入試管A的水中，用酒精燈微熱硬玻璃管，管內空氣受熱膨脹，若在導管末端觀察到有氣泡冒出，且在撤去酒精燈冷卻后，裝置內氣體體積減小，導管內形成一段水柱時，可判斷裝置氣密性良好；
（2）導管插入水中，可以防止空氣從導管進入裝置而與鈣發生反應，所以，反應過程中末端導管必須插入試管M的水中目的是：液封，防止空氣中的氧氣通過末端導管進入實驗裝置；
（3）為防止試管內的水倒流，反應結束后，需要繼續通入氮氣，將末端導管從試管A中撤出水面，再熄滅酒精燈；
（4）參加反應鈣的質量=120.8g-114.8g=6.0g，反應生成氮化鈣的質量=122.2g-114.8g=7.4g；
xCa+N₂═Ca_xN₂
40x    40x+28
6.0g    7.4g

40x

6.0g

=

40x+28

7.4g

 
x=3
故答案為：3．
因為鈣的總量不變，含有氧化鈣的氮化鈣總質量增大，鈣與氮（不純）元素的質量比減小，其個數比也變小，所以x值會減小．若通入的N₂中混有少量O₂，如上計算得到的x＜3．
故答案為：（1）關閉活塞k，將末端導管插入試管A的水中，用酒精燈微熱硬玻璃管，若導管末端有氣泡冒出，撤去酒精燈冷卻后，在導管內形成一段水柱，則證明裝置的氣密性良好；
（2）防止空氣中的氧氣通過末端導管進入實驗裝置，生成氧化鈣，引入雜質；
（3）繼續通入氮氣，將末端導管從試管A中撤出水面，再熄滅酒精燈；
（4）①3；
②＜；因為鈣的總量不變，含有氧化鈣的氮化鈣總質量增大，鈣與氮（不純）元素的質量比減小，其個數比也變小，所以x值會減小．

點評：根據實驗裝置圖，分析實驗各裝置的作用，理解興趣小組同學制備氮化鈣的實驗方法，是解答本問題的基礎．