Question

7．氧化鋁（Al₂O₃）、氮化鋁（AlN）都是一種重要的無機(jī)非金屬材料，廣泛應(yīng)用于礦業(yè)生產(chǎn)和集成電路生產(chǎn)領(lǐng)域，某化學(xué)課題小組的同學(xué)在實驗室里進(jìn)行氮化鋁的制備并測定其含量的實驗．
 
【實驗一】制備氮化鋁
【資料1】實驗室常用飽和亞硝酸鈉與氯化銨溶液反應(yīng)制取純凈的氮?dú)猓?br />有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為：
NaNO₂+NH₄Cl═NaCl+N₂↑+2H₂O（此反應(yīng)是放熱反應(yīng)）；
Al₂O₃+3C+N₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlN+3CO
試回答：
（1）氮化鋁（AlN）中氮元素的化合價是-3．
（2）加入藥品前必須進(jìn)行的一個實驗步驟是檢驗裝置氣密性，加熱片刻后即可移去酒精燈，不需繼續(xù)加熱，其理由是該反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)．上述實驗裝置中存在一些不足，請指出沒有尾氣處理裝置．
（3）在制取氮化鋁時由于反應(yīng)不完全，所得氮化鋁產(chǎn)品中的雜質(zhì)除氧化鋁之外，還可能含有C（填化學(xué)式）．
【實驗二】氮化鋁含量測定
【資料2】有關(guān)氮化鋁（AlN）、氧化鋁和偏鋁酸鈉（NaAlO₂）的相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為：
①AlN+NaOH+H₂O═NaAlO₂+NH₃↑
②Al₂O₃+2NaOH═2NaAlO₂+H₂O
③2NaAlO₂+CO₂+3H₂O═2Al（OH）₃↓+Na₂CO₃
【定性分析】
（4）步驟一：小紅取C裝置中少量固體樣品于試管中，加足量氫氧化鈉溶液，固體逐漸消失，并得到無色溶液，試管口聞到有刺激性氣味的氣體生成，則該樣品中含有氮化鋁．
步驟二：小亮繼續(xù)在上述無色溶液中通人二氧化碳?xì)怏w出現(xiàn)白色沉淀，于是他認(rèn)為樣品中一定還存在氧化鋁．你認(rèn)為小亮的結(jié)論是否正確，理由是不正確，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應(yīng)也會生成氫氧化鋁沉淀．
【定量測定】．

【資料3】氨氣的溶解性：極易溶于水，但難溶于有機(jī)溶劑四氯化碳（CCl₄）和堿性溶液等．
（5）圖2裝置通過測量氨氣的體積從而測定氮化鋁的含量．現(xiàn)有如下操作：a．往廣口瓶中放入適量的氮化鋁樣品；b．打開分液漏斗的活塞往錐形瓶中加入過量的濃NaOH溶液；c．檢驗裝置氣密性；d．測定收集到X液體的體積．
正確的操作順序為：cabd（用a、b、c、d字母表示）．
（6）圖2中X液體可能為B．
A．水       B．四氯化碳        C．氫氧化鈉溶液
（7）圖3裝置則是通過測定吸收氨氣的質(zhì)量從而測定氮化鋁的含量．現(xiàn)進(jìn)行如下操作：取氮化鋁樣品10克進(jìn)行實驗，若燒杯中物質(zhì)增重3.4克，則該樣品中氮化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是多少？（寫出計算過程）
（8）圖3所示方案會導(dǎo)致該樣品中氮化鋁含量測定結(jié)果偏低，為提高測定結(jié)果的精確度，若不改動裝置，可采取的措施是反應(yīng)結(jié)束后，向燒瓶內(nèi)繼續(xù)加入足量的氫氧化鈉溶液，使裝置內(nèi)殘留氣體排出，被燒杯中的硫酸充分吸收．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)化合價代數(shù)和為零進(jìn)行分析；
（2）根據(jù)加入藥品前必須進(jìn)行的操作是檢查裝置的氣密性，飽和亞硝酸鈉與氯化銨溶液反應(yīng)放出熱量，一氧化碳有毒不能直接排放進(jìn)行分析；
（3）根據(jù)反應(yīng)物中碳和氧化鋁是固體分析解答；
（4）根據(jù)偏鋁酸鈉、二氧化碳和水反應(yīng)生成氫氧化鋁和碳酸鈉進(jìn)行分析；
（5）根據(jù)實驗時，應(yīng)該先檢驗裝置的氣密性，然后再加入藥品進(jìn)行分析；
（6）根據(jù)廣口瓶中的試劑X的作用考慮；
（7）根據(jù)燒杯中物質(zhì)增重3.4克，就是生成的氨氣的質(zhì)量，結(jié)合化學(xué)方程式進(jìn)行計算；
（8）根據(jù)濃硫酸吸收氨氣的效果比稀硫酸好進(jìn)行分析．

解答 解：（1）化合價代數(shù)和為零，氮化鋁（AlN）中鋁元素顯示+3價，所以氮元素的化合價是-3；
（2）加入藥品前必須進(jìn)行的操作是檢查裝置的氣密性；飽和亞硝酸鈉與氯化銨溶液反應(yīng)放出熱量；一氧化碳有毒不能直接排放，需要尾氣處理；
（3）反應(yīng)物中碳和氧化鋁是固體，可能混入產(chǎn)物中，所以氮化鋁產(chǎn)品中的雜質(zhì)除氧化鋁之外，還可能含有C；
（4）偏鋁酸鈉、二氧化碳和水反應(yīng)生成氫氧化鋁和碳酸鈉，所以小亮的結(jié)論不正確；
（5）實驗時，應(yīng)該先檢驗裝置的氣密性，然后再加入藥品，所以正確的操作順序為：cabd；
（6）廣口瓶中的試劑X的作用是將氨氣與水隔開，因為氨氣極易溶于水，要用四氯化碳將氨氣與水隔開，水不溶于四氯化碳，故選：B；
（7）燒杯中物質(zhì)增重3.4克，就是生成的氨氣的質(zhì)量，
設(shè)樣品中AlN的質(zhì)量為x
AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑
41                  17
x                   3.4g
$\frac{41}{x}$=$\frac{17}{3.4g}$
x=8.2g
所以樣品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{8.2g}{10g}$×100%=82%；
（8）裝置測得的結(jié)果偏低是因為生成的氨氣會殘留在集氣瓶內(nèi)，導(dǎo)致不能被硫酸充分吸收．講稀硫酸換成濃硫酸一方面沒有意義，另一方面還會導(dǎo)致濃硫酸吸收空氣中的水蒸氣使得測量結(jié)果偏大，可采取的措施是：反應(yīng)結(jié)束后，向燒瓶內(nèi)繼續(xù)加入足量的氫氧化鈉溶液，使裝置內(nèi)殘留氣體排出，被燒杯中的硫酸充分吸收．
故答案為：（1）-3；
（2）檢驗裝置的氣密性；該反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)；沒有尾氣處理裝置；
（3）C；
（4）不正確，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應(yīng)也會生成氫氧化鋁沉淀；
（5）cabd；
（6）B；
（7）82%；
（8）反應(yīng)結(jié)束后，向燒瓶內(nèi)繼續(xù)加入足量的氫氧化鈉溶液，使裝置內(nèi)殘留氣體排出，被燒杯中的硫酸充分吸收．

點(diǎn)評 解答本題要知道制取氣體的一般步驟，知道用排水法測定氣體體積的方法，由于氨氣極易溶于水，要用植物油將氨氣與水分開；知道代入方程式計算的數(shù)值只能是質(zhì)量，必須把體積換算成質(zhì)量再進(jìn)行列比例式計算．