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制備，反應原理為CrCl3+NH3CrN+3HCl。無水氯化鈣對氨氣具有突出的吸附能力，其吸附過程中容易膨脹、結塊。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，有關反應的化學方程式為___________________________。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中發生反應的化學方程式為____________________________________________。

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有同學認為該裝置有一個缺陷，該缺陷是______________________。

(3)氮化鉻的純度測定。制得的CrN中含有Cr2N雜質，取樣品14.38g在空氣中充分加熱，得固體殘渣(Cr2O3)的質量為16.72g，則樣品中CrN與Cr2N的物質的量之比為___________。

(4)工業上也可用Cr2O3與NH3在高溫下反應制備CrN。相關反應的化學方程式為___________，提出一條能降低粗產品中氧含量的措施：______________________。

Answer 1

【答案】2CrCl36H2OCr2O3+9H2O+6HCl↑ 在HCl的氣氛中加熱 CaO+NH3 H2O=Ca(OH)2+NH3↑ 用生成的氨氣排除裝置內的空氣 堿石灰 吸收剩余的氨氣，并防止空氣中的水分進入裝置C 氯化鈣吸收氨氣后體積膨脹、結塊，導致氣流不暢通 20:1 Cr2O3+2NH32CrN+3H2O 增大NH3的流量（濃度）（或其它合理答案）

【解析】

(1)氯化鉻晶體(CrCl3·6H2O)加熱后會發生水解，直接加熱脫水得到Cr2O3；若以氯化鉻晶體制備無水氯化鉻，則要抑制其水解，要在HCl的氣氛中加熱；

(2)①裝置A為用氧化鈣和濃氨水制取氨氣的裝置，發生反應的化學方程式為CaO+NH3 H2O=Ca(OH)2+NH3↑；

②由制取氮化鈣反應可知，裝置中不能有空氣，否則會影響實驗，所以實驗開始時，要先打開裝置A中活塞，后加熱裝置C，目的是用生成的氨氣排除裝置內的空氣；

③制備時裝置中不能有水，所以裝置B中盛放的試劑是堿石灰，用來干燥氨氣；裝置D則是為了吸收剩余的氨氣，并防止空氣中的水分進入裝置C；

④由制備原理可知，該實驗中氨氣易剩余，氯化鈣吸收氨氣后體積膨脹、結塊，導致氣流不暢通；

（3）根據鉻元素守恒，列方程組計算；

（4）根據題給信息中的反應CrCl3+NH3CrN+3HCl，類比此反應，若用Cr2O3與NH3在高溫下反應制備CrN則生成氮化鉻和水；若要降低粗產品中氧含量則要Cr2O3盡可能發生反應轉化為氮化鉻；

(1)氯化鉻晶體(CrCl3·6H2O)加熱后會發生水解，直接加熱脫水得到Cr2O3，反應的化學方程式為2CrCl36H2OCr2O3+9H2O+6HCl↑；若以氯化鉻晶體制備無水氯化鉻，則要抑制其水解，要在HCl的氣氛中加熱；

故答案為：2CrCl36H2OCr2O3+9H2O+6HCl↑；在HCl的氣氛中加熱；

(2)①裝置A為用氧化鈣和濃氨水制取氨氣的裝置，發生反應的化學方程式為CaO+NH3 H2O=Ca(OH)2+NH3↑；

②由制取氮化鈣反應可知，裝置中不能有空氣，否則會影響實驗，所以實驗開始時，要先打開裝置A中活塞，后加熱裝置C，目的是用生成的氨氣排除裝置內的空氣；

③制備時裝置中不能有水，所以裝置B中盛放的試劑是堿石灰，用來干燥氨氣；裝置D則是為了吸收剩余的氨氣，并防止空氣中的水分進入裝置C；

④由制備原理可知，該實驗中氨氣易剩余，氯化鈣吸收氨氣后體積膨脹、結塊，導致氣流不暢通；

故答案為：CaO+NH3 H2O=Ca(OH)2+NH3↑；用生成的氨氣排除裝置內的空氣；堿石灰；防止空氣中的水分進入裝置C；沒有尾氣處理裝置；

(3) 設樣品中CrN與Cr2N的物質的量分別為x、y，

則由題給條件有：①66g/mol×x+118g/mol×y=14.38g，②x+2y=×2；

聯立①②方程，解得x=0.2mol，y=0.01mol，

則樣品中CrN與Cr2N的物質的量之比為0.2mol:0.01mol=20:1；

故答案為：20:1；

(4)根據題給信息中的反應CrCl3+NH3CrN+3HCl，類比此反應，若用Cr2O3與NH3在高溫下反應制備CrN則生成氮化鉻和水，化學方程式為Cr2O3+2NH32CrN+3H2O；

若要降低粗產品中氧含量則要Cr2O3盡可能發生反應轉化為氮化鉻，可以采取增大NH3的流量（濃度）的方法；

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