Question

17．氮化鋁（AlN）是一種新型無機材料，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Al₂O₃+3C+N₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlN+3CO制取氮化鋁，設(shè)計如圖1實驗裝置：

試回答：
（1）實驗中用飽和NaNO₂與NH₄Cl溶液制取氮氣的化學(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）．
a．防止NaNO₂飽和溶液蒸發(fā)   b．保證實驗裝置不漏氣   c．使NaNO₂飽和溶液容易滴下
（3）按圖連接好實驗裝置，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，撤掉酒精燈一段時間，導(dǎo)管內(nèi)上升一段水柱，證明氣密性良好．
（4）化學(xué)研究小組的裝置存在嚴重問題，請說明改進的辦法在干燥管D末端連接一個尾氣處理裝置．
（5）反應(yīng)結(jié)束后，某同學(xué)用圖2裝置進行實驗測定氮化鋁樣品的質(zhì)量分數(shù)（實驗中導(dǎo)管體積忽略不計）．已知：氮化鋁和NaOH溶液反應(yīng)生成NaAlO₂和氨氣．
①廣口瓶中的試劑X最好選用c（填寫序號）．
a．汽油   b．酒精  c．植物油  d．CCl₄
②廣口瓶中的液體沒有裝滿（上方留有空間），則實驗測得NH₃的體積將不變（填“偏大”、“偏小”或“不變”）．
③若實驗中稱取氮化鋁樣品的質(zhì)量為10.0g，測得氨氣的體積為3.36L（標準狀況），則樣品中AlN的質(zhì)量分數(shù)為61.5%．

Answer 1

分析 制取氮化鋁：用飽和NaNO₂與NH₄Cl溶液制取氮氣NaNO₂+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，使NaNO₂ 飽和溶液容易滴下，制得的氮氣排盡裝置中的空氣，堿石灰干燥氮氣，氧化鋁、碳和氮氣在高溫的條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防止空氣進入反應(yīng)裝置干擾實驗，
（1）飽和NaNO₂與 NH₄Cl溶液應(yīng)生成氯化鈉、氮氣和水；
（2）根據(jù)實驗的需要結(jié)合大氣壓強原理來回答；
（3）只要先將裝置密封再利用熱脹冷縮原理進行氣密性驗證；
（4）實驗必須對有毒氣體進行尾氣處理，防止空氣污染；
（5）氮化鋁和氫氧化鈉反應(yīng)會生成氨氣，氨氣進入廣口瓶后，如果裝置密閉，廣口瓶中壓強會增大，那么就會有水通過廣口瓶的長管進入量筒中，根據(jù)等量法可知，進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，進而根據(jù)方程式求出氮化鋁的質(zhì)量．
①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；
②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成開始時的空氣即可；
③根據(jù)氨氣的體積計算出物質(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溶液制取氮氣NaNO₂+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，使NaNO₂ 飽和溶液容易滴下，制得的氮氣排盡裝置中的空氣，堿石灰干燥氮氣，氧化鋁、碳和氮氣在高溫的條件下生成氮化鋁和一氧化碳，方程式為：Al₂O₃+3C+N₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlN+3CO，D防止空氣進入反應(yīng)裝置干擾實驗，
（1）飽和NaNO₂與 NH₄Cl溶液反應(yīng)生成氯化鈉、氮氣和水，反應(yīng)為NaNO₂+NH₄Cl$\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，錐形瓶內(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，撤掉酒精燈一段時間，導(dǎo)管內(nèi)上升一段水柱，證明氣密性良好；
（4）實驗必須對有毒氣體進行尾氣處理，應(yīng)在干燥管D末端連接一個尾氣處理裝置，防止空氣污染，
故答案為：在干燥管D末端連接一個尾氣處理裝置；
（5）①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)出來的氣體對實驗有影響而且揮發(fā)完后不能再起到隔離氨氣與水接觸的作用；同時由于酒精易溶于水，也不能達到隔離的目的；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)，可以把氨氣與水進行隔離；
故答案為：c； 
②本次實驗的目的在于測定產(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成開始時的空氣即可，不會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，
故答案為：不變； 
③氨氣的體積為3.36L（標準狀況），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)量分數(shù)為
$\frac{6.15}{10}$×100%=61.5%，
故答案為：61.5%．

點評 本題考查對實驗原理的理解與實驗操作評價、物質(zhì)含量測定、化學(xué)計算等，題目難度中等，理解實驗原理是關(guān)鍵，是對所學(xué)知識的綜合運用，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)知識與綜合運用知識分析問題、解決問題的能力，學(xué)習(xí)中全面把握基礎(chǔ)知識．