Question

7．氮化鋁（AlN）是一種新型無機非金屬材料．工業(yè)上制備原理如下：Al₂O₃+N₂+3C═2AlN+3CO，反應(yīng)中氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為3：2．
AlN 產(chǎn)品中常含有碳等不與NaOH 溶液反應(yīng)的雜質(zhì)，為了分析某AlN 樣品中AlN 的含量，某實驗小
組設(shè)計了如下三種實驗方案．已知：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑
[方案1]有人想用下列圖1A、B 兩個裝置中的一種（在通風(fēng)櫥內(nèi)進行），只需進行簡單而又必要的
數(shù)據(jù)測定，用差量法就可測定樣品中AlN 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，較合理的裝置是：B（填代號）．

[方案2]取一定量（m1）的樣品，用以下裝置測定樣品中AlN 的純度（夾持裝置已略去）．
如圖2C 裝置中球形干燥管的作用是防止倒吸．
完成以下實驗步驟：組裝好實驗裝置，首先檢查裝置氣密性；再加入實驗藥品，接下來關(guān)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．
請回答：I、需測定（填A(yù)、B、C）裝置反應(yīng)前后的質(zhì)量變化．II、通入氮氣的目的是把裝置中殘留的氨氣全部趕入C裝置．
[方案3]按以下步驟測定樣品中A1N 的含量：

（1）步驟②生成沉淀的離子方程式為CO₂+AlO₂^-+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓．
（2）步驟③的操作是過濾、洗滌．A1N 的純度是$\frac{41{m}_{2}}{51{m}_{1}}$×100%（用m₁、m₂表示）．

Answer 1

分析 依據(jù)氧化還原反應(yīng)的特征顏色化合價變化分析判斷，顏色化合價升高做還原劑被氧化得到氧化產(chǎn)物，元素化合價降低做氧化劑被還原生成還原產(chǎn)物；
[方案1]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)量就是整個裝置的質(zhì)量變化，所以可以測量得氨氣 的質(zhì)量，根據(jù)氨氣的質(zhì)量計算出氮化鋁的質(zhì)量，進而可以確定AlN樣品的純度，據(jù)此答題；
[方案2]分析裝置和儀器作用分析，氨氣是和濃硫酸能發(fā)生反應(yīng)的氣體，易發(fā)生倒吸，儀器作用是防止倒吸的作用；
組裝好實驗裝置，依據(jù)原理可知氣體制備需要先檢查裝置氣密性，加入實驗藥品．接下來的實驗操作是關(guān)閉K₁，打開K₂，反應(yīng)生成氨氣后把裝置中的氣體全部趕入裝置C被濃硫酸吸收，準(zhǔn)確測定裝置C的增重計算；
[方案3]流程分析可知，樣品溶解于過量的氫氧化鈉溶液中過濾洗滌，得到濾液和洗滌液中通入過量二氧化碳和偏鋁酸鈉反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，過濾洗滌得到氫氧化鋁固體，煅燒得到氧化鋁固體為m₂g；
（1）步驟②生成的沉淀是氫氧化鋁，是偏鋁酸鈉溶液中通入過量二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉；
（2）上述分析可知步驟③是過濾洗滌得到氫氧化鋁沉淀，測定原理是：A1N+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓，氫氧化鋁灼燒得到氧化鋁，通過測定氧化鋁得質(zhì)量來計算氮化鋁的質(zhì)量．

解答 解：氮化鋁（AlN）制備：Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlN+3CO，反應(yīng)中氮元素化合價從0價變化為-3價，做氧化劑被還原為AlN，碳元素化合價從0價變化為+2價，做還原劑被氧化為一氧化碳，所以氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為3：2，
故答案為：3：2；
[方案1]根據(jù)圖可知，由于五氧化二磷能吸收氨氣和水蒸汽等，所以圖1中A中裝置的質(zhì)量在反應(yīng)前后沒有變化，B中反應(yīng)產(chǎn)生的氨氣揮發(fā)，產(chǎn)生氨氣的質(zhì)量就是整個裝置的質(zhì)量變化，所以可以測量得氨氣的質(zhì)量，根據(jù)氨氣的質(zhì)量計算出氮化鋁的質(zhì)量，進而可以確定AlN樣品的純度，圖1中B裝置合理，
故答案為：B；
[方案2]氨氣是與濃硫酸能發(fā)生反應(yīng)的氣體，易發(fā)生倒吸，圖C裝置中球形干燥管的作用是防止倒吸的作用，
故答案為：防止倒吸；
組裝好實驗裝置，氣體制備需要先檢查裝置氣密性，加入實驗藥品．接下來的實驗操作是關(guān)閉K₁，打開K₂，打開分液漏斗活塞，加入NaOH濃溶液，至不再產(chǎn)生氣體．打開K₁，通入氮氣一段時間，測定C裝置反應(yīng)前后的質(zhì)量變化．通入氮氣的目的是，反應(yīng)生成氨氣后把裝置中的氣體全部趕入裝置C被濃硫酸吸收，準(zhǔn)確測定裝置C的增重計算，
故答案為：C；把裝置中殘留的氨氣全部趕入C裝置；
[方案3]流程分析可知，樣品解于過量的氫氧化鈉溶液中過濾洗滌，得到濾液和洗滌液中通入過量二氧化碳和偏鋁酸鈉反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，過濾洗滌得到氫氧化鋁固體，煅燒得到氧化鋁固體為m₂g，
（1）步驟②生成的沉淀是氫氧化鋁，是偏鋁酸鈉溶液中通入過量二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)生成，反應(yīng)的離子方程式為CO₂+AlO₂^-+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓，
故答案為：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓；
（2）上述分析可知步驟③是過濾洗滌得到氫氧化鋁沉淀，測定原理是：A1N+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓，氫氧化鋁灼燒得到氧化鋁，通過測定氧化鋁得質(zhì)量來計算氮化鋁的質(zhì)量，Al₂O₃物質(zhì)的量=$\frac{{m}_{2}g}{102g/mol}$=$\frac{{m}_{2}}{102}$mol，依據(jù)鋁元素守恒得到樣品中氮元素物質(zhì)的量=n（AlN）=$\frac{{m}_{2}}{102}$mol×2=$\frac{{m}_{2}}{51}$mol，A1N的純度=$\frac{\frac{{m}_{2}}{51}×41}{{m}_{1}}$×100%=$\frac{41{m}_{2}}{51{m}_{1}}$×100%，
故答案為：過濾、洗滌；$\frac{41{m}_{2}}{51{m}_{1}}$×100%．

點評 本題考查了物質(zhì)組成的實驗探究、實驗基本操作、物質(zhì)組成的計算應(yīng)用，注意過程的理解應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．