Question

【題目】AlN新型材料應用前景廣泛，其制備與性質研究成為熱點。

相關數據如下：

物質	熔點/℃	沸點/℃	與N2反應溫度/℃	相應化合物分解溫度/℃
Al	660	2467	＞800	AlN：＞2000 （＞1400升華） AlCl3：（＞181升華）
Mg	649	1090	＞300	Mg3N2：＞800

(1)AlN的制備。

① 化學氣相沉積法。

Ⅰ.一定溫度下，以AlCl3氣體和NH3為原料制備AlN，反應的化學方程式是____________________。

Ⅱ.上述反應適宜的溫度范圍是______℃（填字母）。

a.75~100 b.600~1100 c.2000~2300

② 鋁粉直接氮化法。

Al與N2可直接化合為AlN固體，AlN能將Al包裹，反應難以繼續(xù)進行�？刂茰囟龋�在Al粉中均勻摻入適量Mg粉，可使Al幾乎全部轉化為AlN固體。該過程發(fā)生的反應有：__________________、_________和2Al + N2 2AlN。

③碳熱還原法。

以Al2O3、C（石墨）和N2為原料，在高溫下制備AlN。

已知：ⅰ. 2Al2O3(s) 4Al(g) + 3O2(g) H 1 =＋3351 kJ·mol-1

ⅱ. 2C(石墨，s) + O2(g) = 2CO(g) H 2 =－221 kJ·mol-1

ⅲ. 2Al(g) + N2(g) = 2AlN(s) H 3 =－318 kJ·mol-1

運用平衡移動原理分析反應ⅱ對反應ⅰ的可能影響：______________________________________。

(2)AlN的性質。AlN粉末可發(fā)生水解。相同條件下，不同粒徑的AlN粉末水解時溶液pH的變化如圖所示。

① AlN粉末水解的化學方程式是____________________________________。

② 解釋t1-t2時間內兩條曲線差異的可能原因：_______________________________。

(3)AlN含量檢測。向a g AlN樣品中加入足量濃NaOH溶液，然后通入水蒸氣將NH3全部蒸出，將NH3用過量的v1 mL c1 mol·L-1 H2SO4溶液吸收完全，剩余的H2SO4用v2 mL c2 mol·L-1 NaOH溶液恰好中和，則樣品中AlN的質量分數是________________________________。

Answer 1

【答案】AlCl3 + NH3=AlN + 3HCl b 3Mg + N2Mg3N2 Mg3N23Mg + N2 反應ⅱ能降低氧氣濃度，有利于反應ⅰ正向移動 AlN + 4H2O = Al(OH)3 + NH3·H2O 粒徑較小的AlN表面積大，水解反應速率較大

【解析】

(1) ①Ⅰ.氣體和制備不是氧化還原反應，根據元素守恒配平即可；

Ⅱ.根據表中數據判斷；

②根據表中數據，大于300℃，鎂和氮氣反應，大于800℃氮化鎂會分解；

③反應ⅱ能消耗氧氣，反應ⅰ生成氧氣；

（2）①氮化鋁水解產生氫氧化鋁和一水合氨；

②反應速率和接觸面積有關；

（3）首先計算消耗硫酸的物質的量，氨氣和硫酸按照2:1反應，得出氨氣的物質的量，根據氮元素守恒，得到氮化鋁的物質的量，然后計算質量分數。

(1) ①Ⅰ.氣體和制備 ，反應的化學方程式是，

答案為：；

Ⅱ.根據表中數據，要保證為氣體，需要溫度大于181℃，排除a，大于2000℃會分解， 排除c，

故答案選b；

②根據表中數據，大于300℃，鎂和氮氣反應，大于800℃氮化鎂會分解，

故答案為：；；

③反應ⅱ能消耗氧氣，反應ⅰ生成氧氣，故反應ⅱ能促進反應ⅰ正向進行，

答案為：反應ⅱ能降低氧氣濃度，有利于反應ⅰ正向移動；

（2）①氮化鋁水解產生氫氧化鋁和一水合氨，

故答案為： ；

②由圖像可以看出兩條曲線的反應速率是不同的，反應速率和接觸面積有關，

故答案為：粒徑較小的AlN表面積大，水解反應速率較大；

（3）消耗硫酸的物質的量為：，氨氣和硫酸按照2:1反應，故氨氣的物質的量為：，根據氮元素守恒，氮化鋁的物質的量也是，故樣品中氮化鋁的質量分數為，

故答案為：。