Question

5．氮化鋁是一種新型的無(wú)機(jī)非金屬材料，被廣泛應(yīng)用于集成電路生產(chǎn)領(lǐng)域．其制備反應(yīng)原理為：Al₂O₃+N₂+3C═2AlN+3CO．制備過(guò)程中，原料配比不當(dāng)或反應(yīng)不完全等因素都會(huì)造成產(chǎn)品中含有碳或Al₂O₃等雜質(zhì)．為測(cè)定產(chǎn)品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，某同學(xué)按如圖1裝置進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)．可選用的化學(xué)試劑為：mg氮化鋁片狀固體、NaOH飽和溶液、水、煤油、醫(yī)用酒精．回答下列問(wèn)題：

（1）簡(jiǎn)述檢查該套裝置氣密性的方法：將C中導(dǎo)管浸入水中，微熱試管A，C中導(dǎo)管出口有氣泡逸出．冷卻后，C中導(dǎo)管仍有高出液面的水柱不下降．（或先在B中加入煤油，然后將試管A放入冰水中，B中導(dǎo)管有氣泡進(jìn)入B，將試管A恢復(fù)室溫，B中導(dǎo)管有高出液面的油柱不下降），說(shuō)明氣密性良好，否則裝置漏氣．
（2）如圖B中試劑最好選用（填序號(hào)）：②．
①水②煤油③醫(yī)用酒精
已知A 中有NaAlO₂生成，并放出有刺激性氣味氣體，寫出A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑．
（3）讀取C（量筒）中液體體積時(shí)，應(yīng)注意b、c、d（填序號(hào)）．
a．C中液面不再上升時(shí)立即讀數(shù)    b．上下移動(dòng)C，使之液面與B中液面相平
c．A中不再有氣泡逸出            d．視線與凹液面最低處相平
（4）mg氮化鋁與足量NaOH飽和溶液反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，C中收集到液體的體積為VL（已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況），則AlN樣品的純度為$\frac{41V}{22.4m}×100%$（寫計(jì)算表達(dá)式）．
（5）上述實(shí)驗(yàn)方案，可能因氣體體積測(cè)量不準(zhǔn)，導(dǎo)致誤差較大．有人建議改用下列A、B兩個(gè)裝置中的一種（在通風(fēng)櫥內(nèi)進(jìn)行），只需進(jìn)行簡(jiǎn)單而又必要的數(shù)據(jù)測(cè)寫，用差量法就可比較準(zhǔn)確確定樣品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．較合理的裝置如圖2是：A（填代號(hào)）．

Answer 1

分析 （1）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；
（2）根據(jù)圖1裝置可知，A中氮化鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成NaAlO₂，并放出有刺激性氣味氣體為氨氣，實(shí)驗(yàn)中要測(cè)得氨氣的體積，通過(guò)氨氣的體積測(cè)定產(chǎn)品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，而氨氣極易溶于水，據(jù)此答題；
（3）為了準(zhǔn)確測(cè)得氨氣的體積，必須等A中反應(yīng)完全，在讀量筒體積時(shí)必須使C中液面與B中液面相平、視線與凹液面最低處相平，據(jù)此答題；
（4）根據(jù)氨氣的體積，通過(guò)反應(yīng)方程式可計(jì)算出產(chǎn)品中純AlN的質(zhì)量，根據(jù)純度=$\frac{AlN的質(zhì)量}{樣品的質(zhì)量}$×100%計(jì)算；
（5）根據(jù)圖可知，由于五氧化二磷能吸收氨氣和水蒸汽等，所以圖2B中裝置的質(zhì)量在反應(yīng)前后沒(méi)有變化，A中反應(yīng)產(chǎn)生的氨氣揮發(fā)，產(chǎn)生氨氣的質(zhì)量就是整個(gè)裝置的質(zhì)量變化，所以可以測(cè)量得氨氣 的質(zhì)量，根據(jù)氨氣的質(zhì)量計(jì)算出氮化鋁的質(zhì)量，進(jìn)而可以確定AlN樣品的純度，據(jù)此答題．

解答 解：（1）根據(jù)裝置圖可知，檢查該套裝置氣密性的方法是將C中導(dǎo)管浸入水中，微熱試管A，C中導(dǎo)管出口有氣泡逸出．冷卻后，C中導(dǎo)管仍有高出液面的水柱不下降．（或先在B中加入煤油，然后將試管A放入冰水中，B中導(dǎo)管有氣泡進(jìn)入B，將試管A恢復(fù)室溫，B中導(dǎo)管有高出液面的油柱不下降），說(shuō)明氣密性良好，否則裝置漏氣，
故答案為：將C中導(dǎo)管浸入水中，微熱試管A，C中導(dǎo)管出口有氣泡逸出．冷卻后，C中導(dǎo)管仍有高出液面的水柱不下降．（或先在B中加入煤油，然后將試管A放入冰水中，B中導(dǎo)管有氣泡進(jìn)入B，將試管A恢復(fù)室溫，B中導(dǎo)管有高出液面的油柱不下降），說(shuō)明氣密性良好，否則裝置漏氣；
（2）根據(jù)圖1裝置可知，A中氮化鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成NaAlO₂，反應(yīng)的方程式為AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，并放出有刺激性氣味氣體為氨氣，實(shí)驗(yàn)中要測(cè)得氨氣的體積，通過(guò)氨氣的體積測(cè)定產(chǎn)品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，而氨氣極易溶于水，醫(yī)用酒精中也有水，所以選用煤油，故選 ②，
故答案為：②；AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑；
（3）為了準(zhǔn)確測(cè)得氨氣的體積，必須等A中反應(yīng)完全，在讀量筒體積時(shí)必須使C中液面與B中液面相平、視線與凹液面最低處相平，故選b、c、d；
（4）根據(jù)反應(yīng)AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑可知，當(dāng)氨氣的體積為VL即物質(zhì)的量為$\frac{V}{22.4}$mol時(shí)，則參加反應(yīng)的AlN的質(zhì)量為$\frac{V}{22.4}$×41g，所以AlN樣品純度為$\frac{\frac{V}{22.4}×41}{m}×100%=\frac{41V}{22.4m}×100%$，
故答案為：$\frac{41V}{22.4m}×100%$；
（5）根據(jù)圖可知，由于五氧化二磷能吸收氨氣和水蒸汽等，所以圖2B中裝置的質(zhì)量在反應(yīng)前后沒(méi)有變化，A中反應(yīng)產(chǎn)生的氨氣揮發(fā)，產(chǎn)生氨氣的質(zhì)量就是整個(gè)裝置的質(zhì)量變化，所以可以測(cè)量得氨氣 的質(zhì)量，根據(jù)氨氣的質(zhì)量計(jì)算出氮化鋁的質(zhì)量，進(jìn)而可以確定AlN樣品的純度，圖2中A裝置合理，
故答案為：A．

點(diǎn)評(píng) 此題是實(shí)驗(yàn)和利用化學(xué)方程式計(jì)算相結(jié)合的題目，有一定的綜合性，應(yīng)認(rèn)真分析，另外要掌握住等量法是做此類實(shí)驗(yàn)題常用的方法，題目難度中等．