Question

【題目】氮化鋁(AlN)是一種新型無機材料，廣泛應用于集成電路生產(chǎn)領域。某化學研究小組利用氮氣、氧化鋁和活性炭在高溫下制取氮化鋁。 請回答下列問題：

(1)請寫出制取氮化鋁的化學方程式________。

制得的AlN樣品僅含有Al2O3雜質(zhì)，已知：AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑為測定AlN含量，設計如下三種實驗方案。（測定過程均忽略NH3在強堿溶液中的溶解）

（方案1）取一定量的樣品，用以下裝置測定樣品中AlN的純度(夾持裝置已略去)。

實驗步驟：組裝好實驗裝置，檢查裝置氣密性并加入實驗藥品，關閉K1，打開K2 ，打開分液漏斗活塞，加入NaOH濃溶液，至不再產(chǎn)生氣體。打開K1，通入氮氣一段時間，測定C裝置反應前后的質(zhì)量變化。

(2)圖中C裝置中球形干燥管的作用是________。

(3)通入氮氣的目的是_______。

(4)圖中裝置會導致測定結(jié)果_______（填“偏高”“偏低”或“無影響”）。

（方案2）用如圖裝置測定mg樣品中AlN的純度(部分夾持裝置已略去)。

(5)為測定生成氣體的體積，量氣裝置中的X液體可以是___(填字母)

A.CCl4 B.H2O C.NH4Cl溶液 D.苯

(6)若mg樣品完全反應，測得生成氣體的體積為VmL(已轉(zhuǎn)換為標準狀況)，則AlN的質(zhì)量分數(shù)是______。若其他操作均正確，但反應結(jié)束后讀數(shù)時，右側(cè)量氣管中液面高于左側(cè)球型管中液面，則最后測得AlN的質(zhì)量分數(shù)會_____（填“偏高”“偏低”或“無影響”）。

（方案3）按以下步驟測定樣品中A1N的純度：（過濾時使用無灰濾紙過濾）

(7)步驟②生成沉淀的離子方程式為_______。

(8)樣品中A1N的質(zhì)量分數(shù)為_______（用含m1、m2的代數(shù)式表示）。

Answer 1

【答案】Al2O3+3C+N22AlN+3CO 防倒吸 把裝置中殘留的氨氣全部導入C裝置 偏高 AD ×100% 偏低 AlO2-+CO2+2H2O=HCO3-+Al(OH)3↓

【解析】

(1)氮氣、氧化鋁和活性炭在高溫下反應產(chǎn)生氮化鋁和CO；

(2)氨氣是和濃硫酸能發(fā)生反應的氣體，易發(fā)生倒吸現(xiàn)象

(3)反應生成氨氣后未把裝置中的氣體全部趕入裝置C被濃硫酸吸收，應該準確測定裝置C的增重進行計算；

(4)圖1 裝置中空氣中的水蒸氣和二氧化碳也可以進入裝置C，據(jù)此分析；

(5)氨氣極易溶于水，量氣裝置中的X液體不能與氨氣反應，也不能使氨氣溶解；

(6)依據(jù)AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑中的定量關系計算出樣品中純氮化鋁的質(zhì)量，再計算出氮化鋁的質(zhì)量分數(shù)，根據(jù)讀數(shù)對NH3體積的影響判斷誤差；

(7)步驟①反應為AlN、Al2O3分別與氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉，向偏鋁酸鈉溶液中通入足量CO2氣體，根據(jù)復分解反應規(guī)律，結(jié)合電荷守恒書寫離子方程式；

(8)依據(jù)雜質(zhì)Al2O3在反應前后質(zhì)量不變，而根據(jù)流程中鋁的轉(zhuǎn)化關系可得關系式2A1N～A12O3，根據(jù)關系式列比例式，可計算出樣品中氮化鋁的純度。

(1)氮氣、氧化鋁和活性炭在高溫下反應產(chǎn)生氮化鋁和CO，根據(jù)原子守恒、電子守恒，可得該反應的化學方程式：Al2O3+3C+N22AlN+3CO；

(2)AlN與NaOH溶液反應產(chǎn)生NH3，NH3是容易與濃硫酸能發(fā)生反應的氣體，會導致發(fā)生倒吸，圖C裝置中球形干燥管的作用是防止倒吸現(xiàn)象的發(fā)生；

(3)通入氮氣一段時間，可以將反應產(chǎn)生的NH3全部趕入C裝置中，被濃硫酸吸收，通過測定C裝置反應前后的質(zhì)量變化確定AlN的純度，因此通入氮氣的目的是把裝置中殘留的氨氣全部趕入C裝置；

(4)圖1 裝置中空氣中的水蒸氣和二氧化碳也可以進入裝置C，使測定結(jié)果偏高；

(5)A.CCl4不能溶解氨氣，可以用排四氯化碳溶液的方法測定氨氣體積，A正確；

B.氨氣極易溶于水，不能排水法測定，B錯誤；

C.氨氣極易溶于水，不能用排NH4Cl溶液的方法測定氣體體積，C錯誤；

D.苯不能溶解氨氣，可以用排苯溶液的方法測定氨氣體積，D正確；

故合理選項是AD；

(6)若m g樣品完全反應，測得生成氣體的體積為V mL（已轉(zhuǎn)換為標準狀況），根據(jù)方程式AlN+NaOH+H2O═NaAlO2+NH3↑可知：每反應消耗41gAlN，會產(chǎn)生標準狀況下22.4LNH3，現(xiàn)在得到標準狀況下氨氣的體積是VmL，則其中含有的AlN的質(zhì)量m==g，則AlN的質(zhì)量分數(shù)=×100%=×100%；

若其他操作均正確，但反應結(jié)束后讀數(shù)時，右側(cè)量氣管中液面高于左側(cè)球型管中液面，氣體的壓強增大，使NH3的體積偏小，根據(jù)NH3的體積計算出的AlN的質(zhì)量偏小，則最后測得AlN的質(zhì)量分數(shù)會偏低；

(7)步驟①反應為AlN、Al2O3分別與氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉、氨氣和水，向偏鋁酸鈉溶液中通入CO2氣體，反應產(chǎn)生Al(OH)3沉淀和NaHCO3，反應的離子方程式為AlO2-+CO2+2H2O=HCO3-+Al(OH)3↓；

(8)設樣品中含有Al2O3雜質(zhì)為x，依據(jù)鋁守恒，得2A1N～～A12O3，二者的質(zhì)量關系為82gAlN反應得到102g A12O3，則原樣品中含有A1N質(zhì)量是(m1-x)g，則其反應產(chǎn)生的A12O3質(zhì)量為(m2-x)g，，解之得：x=，則lN質(zhì)量分數(shù)為×100%=×100%。