Question

12．氮化鋁（AlN）是一種新型無機(jī)材料，廣泛應(yīng)用于集成電路生產(chǎn)領(lǐng)域．某化學(xué)研究小組利用制取氮化鋁，設(shè)計(jì)圖1驗(yàn)裝置．試回答：

（1）實(shí)驗(yàn)中用飽和NaNO₂與NH₄Cl溶液制取氮?dú)獾幕瘜W(xué)方程式為NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O．
（2）裝置中分液漏斗與蒸餾燒瓶之間的導(dǎo)管A的作用是c（填寫序號(hào)）．
a．防止NaNO₂ 飽和溶液蒸發(fā)   b．保證實(shí)驗(yàn)裝置不漏氣  c．使NaNO₂ 飽和溶液容易滴下
（3）按圖連接好實(shí)驗(yàn)裝置，檢查裝置氣密性的方法是在干燥管D末端連接一導(dǎo)管，將導(dǎo)管插入燒杯中的液面下，用酒精燈微熱蒸餾燒瓶，導(dǎo)管口有氣泡冒出，撤掉酒精燈一段時(shí)間，導(dǎo)管內(nèi)上升一段水柱，說明氣密性良好．
（4）化學(xué)研究小組的裝置存在嚴(yán)重問題，請(qǐng)說明改進(jìn)的辦法在干燥管D末端連接一尾氣處理裝置．
（5）反應(yīng)結(jié)束后，某同學(xué)用圖2裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來測(cè)定氮化鋁樣品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)管體積忽略不計(jì)）．已知：氮化鋁和NaOH溶液反應(yīng)生成Na[Al（OH）₄]和氨氣．
①氮化鋁和NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式AlN+NaOH+3H₂O=Na[Al（OH）₄]+NH₃↑．
②廣口瓶中的試劑X最好選用c（填寫序號(hào)）．
a．汽油        b．酒精       c．植物油     d．CCl₄
③廣口瓶中的液體沒有裝滿（上方留有空間），則實(shí)驗(yàn)測(cè)得NH₃的體積將不變（填“偏大”、“偏小”、“不變”）．
④若實(shí)驗(yàn)中稱取氮化鋁樣品的質(zhì)量為10.0g，測(cè)得氨氣的體積為3.36L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則樣品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為61.5%．

Answer 1

分析 制取氮化鋁：用飽和NaNO₂與NH₄Cl溶液制取氮?dú)釴aNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O，裝置中分液漏斗與蒸餾燒瓶之間的導(dǎo)管A，平衡內(nèi)外壓強(qiáng)，使NaNO₂ 飽和溶液容易滴下，制得的氮?dú)馀疟M裝置中的空氣，堿石灰干燥氮?dú)�，氧化鋁、碳和氮?dú)庠诟邷氐臈l件下生成氮化鋁和一氧化碳，方程式為：Al₂O₃+3C+N₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlN+3CO，D防止空氣進(jìn)入反應(yīng)裝置干擾實(shí)驗(yàn)．
（1）飽和NaNO₂與 NH₄Cl溶液反應(yīng)生成氯化鈉、氮?dú)夂退��?br />（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要結(jié)合大氣壓強(qiáng)原理來回答；
（3）只要先將裝置密封再利用熱脹冷縮原理進(jìn)行氣密性驗(yàn)證；
（4）實(shí)驗(yàn)必須對(duì)有毒氣體進(jìn)行尾氣處理，防止空氣污染；
（5）氮化鋁和氫氧化鈉反應(yīng)會(huì)生成氨氣，氨氣進(jìn)入廣口瓶后，如果裝置密閉，廣口瓶中壓強(qiáng)會(huì)增大，那么就會(huì)有水通過廣口瓶的長(zhǎng)管進(jìn)入量筒中，根據(jù)等量法可知，進(jìn)入到廣口瓶中水的體積就等于生成的氨氣的體積．所以通過量筒中排出的水的體積就可以知道氨氣的體積，然后有氨氣的密度求出氨氣的質(zhì)量，進(jìn)而根據(jù)方程式求出氮化鋁的質(zhì)量．
①AlN跟氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成Na[Al（OH）₄]、并放出NH₃，根據(jù)元素守恒可知有水參加反應(yīng)，據(jù)此配平書寫反應(yīng)方程式；
②產(chǎn)生的氨氣極易溶于水，為防止氨氣溶于水需要把氣體與水隔離，因此應(yīng)選擇不能與氨氣產(chǎn)生作用的液體作為隔離液；選用的試劑應(yīng)是和水不互溶，且密度大于水的；
③反應(yīng)前廣口瓶的上方留有的少量空間填充的是空氣，反應(yīng)后廣口瓶的上方留有的少量空間填充的是氨氣，氨氣代替了開始的空氣，把最后空間中充入的氨氣當(dāng)成開始時(shí)的空氣即可；
④根據(jù)氨氣的體積計(jì)算出物質(zhì)的量，得出其中氮原子的物質(zhì)的量，根據(jù)氮原子守恒，來計(jì)算氮化鋁的百分含量．

解答 解：制取氮化鋁：用飽和NaNO₂與NH₄Cl溶液制取氮?dú)釴aNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O，裝置中分液漏斗與蒸餾燒瓶之間的導(dǎo)管A，平衡內(nèi)外壓強(qiáng)，使NaNO₂ 飽和溶液容易滴下，制得的氮?dú)馀疟M裝置中的空氣，堿石灰干燥氮?dú)�，氧化鋁、碳和氮?dú)庠诟邷氐臈l件下生成氮化鋁和一氧化碳，方程式為：Al₂O₃+3C+N₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlN+3CO，D防止空氣進(jìn)入反應(yīng)裝置干擾實(shí)驗(yàn)．
（1）飽和NaNO₂與 NH₄Cl溶液反應(yīng)生成氯化鈉、氮?dú)夂退�，反�?yīng)為NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O，故答案為：NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O；
（2）裝置中分液漏斗與蒸餾燒瓶之間的導(dǎo)管A具有平衡氣壓的作用，這樣可以保證NaNO₂飽和溶液容易滴下，故選c；
（3）關(guān)閉分液漏斗開關(guān)，使裝置處于密閉體系，將導(dǎo)管一端浸入水中，用手緊握錐形瓶外壁，由于熱脹冷縮，錐形瓶?jī)?nèi)氣體受熱膨脹，如果導(dǎo)管口有氣泡冒出，說明氣密性良好，否則裝置漏氣，
故答案為：在干燥管D末端連接一導(dǎo)管，將導(dǎo)管插入燒杯中的液面下，用酒精燈微熱蒸餾燒瓶，導(dǎo)管口有氣泡冒出，撤掉酒精燈一段時(shí)間，導(dǎo)管內(nèi)上升一段水柱，證明氣密性良好；
（4）實(shí)驗(yàn)必須對(duì)有毒氣體進(jìn)行尾氣處理，應(yīng)在干燥管D末端連接一個(gè)尾氣處理裝置，防止空氣污染，
故答案為：在干燥管D末端連接一個(gè)尾氣處理裝置；
（5）①AlN跟氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成NaAlO₂、并放出NH₃，根據(jù)元素守恒可知有水參加反應(yīng)，其反應(yīng)方程式為：AlN+NaOH+3H₂O=Na[Al（OH）₄]+NH₃↑，
故答案為：AlN+NaOH+3H₂O=Na[Al（OH）₄]+NH₃↑   
②酒精、汽油雖然都不能與氨氣發(fā)生反應(yīng)，但它們卻都極易揮發(fā)，揮發(fā)出來的氣體對(duì)實(shí)驗(yàn)有影響而且揮發(fā)完后不能再起到隔離氨氣與水接觸的作用；同時(shí)由于酒精易溶于水，也不能達(dá)到隔離的目的；CCl₄密度大于水，不能起到隔離作用，而植物油既不溶于水，密度小于水也不易揮發(fā)，可以把氨氣與水進(jìn)行隔離；
故答案為：C； 
③本次實(shí)驗(yàn)的目的在于測(cè)定產(chǎn)生氣體的體積而不是收集純凈的氣體，因此，把最后空間中充入的氨氣當(dāng)成開始時(shí)的空氣即可，不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，
故答案為：不變； 
④氨氣的體積為3.36L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），物質(zhì)的量是0.15mol，所以氮化鋁的物質(zhì)的量是0.15mol，質(zhì)量是0.15mol×41g/mol=6.15g，所以氮化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為
$\frac{6.15}{10}$×100%=61.5%，
故答案為：61.5%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解與實(shí)驗(yàn)操作評(píng)價(jià)、物質(zhì)含量測(cè)定、化學(xué)計(jì)算等，題目難度中等，理解實(shí)驗(yàn)原理是關(guān)鍵，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)與綜合運(yùn)用知識(shí)分析問題、解決問題的能力，學(xué)習(xí)中全面把握基礎(chǔ)知識(shí)．