Question

氧化鋁（Al₂O₃）、氮化鋁（AlN）都是一種重要的無機非金屬材料，廣泛應用于礦業(yè)生產和集成電路生產領域，某化學小組進行氮化鋁的制備并測定其含量的實驗如圖．
【實驗一】：制備氮化鋁
【資料卡1】實驗室常用飽和亞硝酸鈉與氯化銨溶液反應制取純凈的氮氣．反應的化學方程式為：
NaNO₂+NH₄Cl=NaCl+N₂+2H₂O（此反應是放熱反應），Al₂O₃+3C+N₂

高溫  .

2AlN+3CO
試回答：
（1）裝置中A部分的分液漏斗與蒸餾瓶之間連接的導管所起的作用是

 

（填編號）
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
（2）加入藥品前必須進行的一個實驗步驟是

 

，加熱片刻后，即應移去酒精燈以防反應物沖出，其原因是

 

；
（3）上述實驗裝置存在一些不足，請指出

 

；
（4）在制取氮化鋁時由于反應不完全，氮化鋁產品中所含雜質除了氧化鋁以外還可能存在

 

（填化學式）．
【實驗二】含量測定
【資料卡2】已知氮化鋁和NaOH溶液能反應，其反應方程式為：
①AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑
②氧化鋁也能與氫氧化鈉溶液反應而全部溶解，但不生成氣體．
現用圖二中所示的一些裝置來進行相關實驗，根據反應中所生成氨氣的體積來測定樣品中的氮化鋁的質量分數，（實驗中導管體積忽略不計）．
（1）實驗操作為：a、往錐形瓶中放入適量的AlN樣品；b、打開分液漏斗的活塞往錐形瓶中加入過 量的濃NaOH；c、檢驗裝置氣密性；d、測定收集到水的體積．正確的操作順序為：

 

（用a、b、c、d字母表示）．
（2）廣口瓶中的試劑x宜選用

 

  （填寫序號）．
A．稀硫酸       B．酒精        C．植物油       D．水
（3）若廣口瓶內的液體沒有裝滿（上方留有少量空間），則實驗測得 NH₃體積將

 

（選填“偏大”、“偏小”或“無影響”）．
（4）老師指導小組的學生說，這種裝置測定AlN的質量分數，會引起測定值偏高，理由是：

 

．
【數據處理】實驗小組用改進裝置（圖三），稱取10.00g樣品，測得氨氣3.36L（標準狀況）．則該樣品中的AlN的質量分數為

 

．（寫出計算過程，共3分）（氨氣的密度為：0.7588g/L）．
【拓展提高】查閱資料得知，氨氣能被硫酸吸收，反應如下：2NH₃+H₂SO₄═（NH₄）₂SO₄若改用如圖4裝置進行同樣實驗，通過測定裝置C中濃硫酸的增重來確定樣品中AlN的質量分數．C裝置中的干燥管作用是

 

，你認為測定的結果會

 

（填“偏高”或“偏低”）．

Answer 1

考點：物質的相互轉化和制備,實驗探究物質的組成成分以及含量,常見氣體的檢驗與除雜方法,根據化學反應方程式的計算

專題：物質的制備,科學探究

分析：【實驗一】
（1）根據裝置中A部分的分液漏斗與蒸餾瓶之間連接的導管可以使內外氣壓相同，使硝酸鈉容易滴下解答；
（2）根據加入藥品前必須進行的操作是檢查裝置的氣密性；飽和亞硝酸鈉與氯化銨溶液反應放出熱量解答；
（3）根據一氧化碳有毒不能直接排放解答；
（4）根據反應物中碳和氧化鋁是固體分析解答．
【實驗二】（1）實驗時，應該先檢驗裝置的氣密性，然后再加入藥品；
（2）根據廣口瓶中的試劑X的作用考慮；
（3）根據反應前后廣口瓶的上方留有的少量空間填充氣體變化考慮；
（4）根據滴入氫氧化鈉，氧化鋁也能和氫氧化鈉反應生成氫氣混入氨氣中，所以測得的氮化鋁的含量偏高分析；
【數據處理】根據題中數據計算出氨氣的質量然后根據AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑反應求出氮化鋁的質量，除以樣品的質量就是質量分數；
【拓展提高】根據濃硫酸吸收氨氣后裝置中的氣壓減小分析干燥管的作用，根據濃硫酸稀釋空氣中的水蒸氣使測定結果偏大分析．

解答：【實驗一】
（1）裝置中A部分的分液漏斗與蒸餾瓶之間連接的導管可以使內外氣壓相同，使硝酸鈉容易滴下；
（2）加入藥品前必須進行的操作是檢查裝置的氣密性；飽和亞硝酸鈉與氯化銨溶液反應放出熱量；
（3）一氧化碳有毒不能直接排放；
（4）反應物中碳和氧化鋁是固體，可能混入產物中．
故答案：【實驗一】（1）C；（2）檢查裝置的氣密性；反應是放熱反應；（3）尾氣CO未作處理；（4）C；
【實驗二】（1）實驗時，應該先檢驗裝置的氣密性，然后再加入藥品．
（2）廣口瓶中的試劑X的作用是將氨氣與水隔開，因為氨氣極易溶于水，由于酒精能以任意比例與水互溶，所以不能用酒精，要用植物油將氨氣與水隔開，水不溶于油，故答案為：C；
（3）反應前廣口瓶的上方留有的少量空間填充的是空氣，反應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，所以對實驗結果沒有影響，故答案為：無影響；
（4）滴入氫氧化鈉，氧化鋁也能和氫氧化鈉反應生成氫氣混入氨氣中，所以測得的氮化鋁的含量偏高，故答案：NaOH溶液滴加進入錐形瓶會引起誤差偏大； 
【數據處理】氨氣的質量=3.36L×0.7588g/L≈2.55g
設：樣品中AlN的質量為X
AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑
41                     17
X                      2.55g

41

17

=

X

2.55g

解得：X≈6.15g
則樣品中AlN的質量分數為：

6.15g

10g

×100%=61.5% 
故答案：61.5%
【拓展提高】濃硫酸吸收氨氣后裝置中的氣壓減小，濃硫酸被到吸入干燥管中防止進入B中；濃硫酸會吸收到（外界、右側進入的）空氣中的水氣，使得C裝置增重偏大；
故答案：防止倒吸；偏高．

點評：解答本題要知道制取氣體的一般步驟，知道用排水法測定氣體體積的方法，由于氨氣極易溶于水，要用植物油將氨氣與水分開；知道代入方程式計算的數值只能是質量，必須把體積換算成質量再進行列比例式計算．