Question

【題目】氮化鉻(CrN)是一種良好的耐磨材料，實驗室可用無水氯化鉻(CrCl3)與氨氣在高溫下反應(yīng)制備，反應(yīng)原理為CrCl3+NH3CrN+3HCl.回答下列問題：

(1)制備無水氯化鉻。氯化鉻有很強的吸水性，通常以氯化鉻晶體(CrCl3·6H2O)的形式存在。直接加熱脫水往往得到Cr2O3，有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________，以氯化鉻晶體制備無水氯化鉻的方法是_____________________________。

(2)制備氮化鉻。某實驗小組設(shè)計制備氮化鉻的裝置如下圖所示(夾持與加熱裝置省略)：

①裝置A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________________。

②實驗開始時，要先打開裝置A中活塞，后加熱裝置C，目的是___________________。

③裝置B中盛放的試劑是____________，裝置D的作用是_____________________。

④有同學(xué)認(rèn)為該裝置有一個缺陷，該缺陷是_______________________。

(3)氯化鉻的純度測定。制得的CrN中含有Cr2N雜質(zhì)，取樣品14.38g在空氣中充分加熱，得固體殘渣(Cr2O3)的質(zhì)量為16.72g，則樣品中CrN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_____________(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

Answer 1

【答案】2CrCl3·6H2OCr2O3+9H2O+6HCl↑ 在HCl的氣氛中加熱 CaO+NH3·H2O=Ca(OH)2+NH3↑(或NH3·H2ONH3↑+H2O) 用生成的氨氣排除裝置內(nèi)的空氣 堿石灰 防止空氣中的水分進(jìn)入裝置C 沒有尾氣處理裝置(或其他合理答案) 91.8%

【解析】

（1）加熱CrCl36H2O晶體時，CrCl3水解；為防止CrCl3水解，在HCl的氣氛中加熱CrCl36H2O晶體制無水氯化鉻；

（2）①濃氨水與CaO反應(yīng)生成氫氧化鈣和氨氣；

②生成的氨氣排除裝置內(nèi)的空氣；

③裝置B中盛放的試劑是堿石灰，目的是干燥氨氣；裝置D中的無水氯化鈣可以吸收空氣中的水蒸氣；

（3）依據(jù)樣品和Cr2O3的質(zhì)量建立聯(lián)立方程式求得CrN的物質(zhì)的量，再依據(jù)CrN的質(zhì)量求得質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

（1）加熱CrCl36H2O晶體時，CrCl3水解，氯化氫受熱揮發(fā)，使水解平衡右移，CrCl3完全水解得到Cr（OH）3，Cr（OH）3受熱分解生成Cr2O3，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CrCl3·6H2OCr2O3+9H2O+6HCl↑；為防止CrCl3水解，在HCl的氣氛中加熱CrCl36H2O晶體，脫水制得無水氯化鉻，故答案為：2CrCl3·6H2OCr2O3+9H2O+6HCl↑；在HCl的氣氛中加熱；

（2）①裝置A中，濃氨水滴入到錐形瓶中，濃氨水中水與CaO反應(yīng)生成氫氧化鈣并放出大量的熱，溶液中氫氧根濃度增大，使氨水的電離平衡左移，反應(yīng)放出的熱量升高溫度，有利于氨氣逸出，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CaO+NH3·H2O=Ca(OH)2+NH3↑，故答案為：CaO+

NH3·H2O=Ca(OH)2+NH3↑；

②實驗開始時，先打開裝置A中活塞，濃氨水與CaO反應(yīng)制得氨氣，生成的氨氣排除裝置內(nèi)的空氣，在無氧條件下，無水氯化鉻(CrCl3)與氨氣在高溫下反應(yīng)生成CrN，故答案為：用生成的氨氣排除裝置內(nèi)的空氣；

③裝置B中盛放的試劑是堿石灰，目的是干燥氨氣，防止水蒸氣進(jìn)入裝置C中，干擾CrN的制備；裝置D中的無水氯化鈣可以吸收空氣中的水蒸氣，防止水蒸氣進(jìn)入裝置C中，干擾CrN的制備，故答案為：堿石灰；防止空氣中的水分進(jìn)入裝置C；

④該裝置有一個缺陷，沒有氨氣的尾氣吸收裝置，氨氣排入到空氣中，會污染環(huán)境，故答案為：沒有尾氣處理裝置；

（3）設(shè)14.38g 樣品中CrN為xmol，Cr2N為ymol，固體殘渣Cr2O3的質(zhì)量為16.72g，Cr2O3的物質(zhì)的量為=0.11mol，由Cr原子個數(shù)守恒得關(guān)系式①x+2y=0.22，由樣品質(zhì)量的關(guān)系式②66x+118y=14.38，解關(guān)系式得x=0.2 mol，y=0.01mol，則樣品中CrN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為≈91.8%，故答案為：91.8%。