Question

5．氮化鋁是一種新型的無機非金屬材料，被廣泛應用于集成電路生產(chǎn)領域．其制備反應原理為：Al₂O₃+N₂+3C═2AlN+3CO．制備過程中，原料配比不當或反應不完全等因素都會造成產(chǎn)品中含有碳或Al₂O₃等雜質．為測定產(chǎn)品中AlN的質量分數(shù)，某同學按如圖1裝置進行相關實驗．可選用的化學試劑為：mg氮化鋁片狀固體、NaOH飽和溶液、水、煤油、醫(yī)用酒精．回答下列問題：

（1）簡述檢查該套裝置氣密性的方法：將C中導管浸入水中，微熱試管A，C中導管出口有氣泡逸出．冷卻后，C中導管仍有高出液面的水柱不下降．（或先在B中加入煤油，然后將試管A放入冰水中，B中導管有氣泡進入B，將試管A恢復室溫，B中導管有高出液面的油柱不下降），說明氣密性良好，否則裝置漏氣．
（2）如圖B中試劑最好選用（填序號）：②．
①水②煤油③醫(yī)用酒精
已知A 中有NaAlO₂生成，并放出有刺激性氣味氣體，寫出A中發(fā)生反應的化學方程式AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑．
（3）讀取C（量筒）中液體體積時，應注意b、c、d（填序號）．
a．C中液面不再上升時立即讀數(shù)    b．上下移動C，使之液面與B中液面相平
c．A中不再有氣泡逸出            d．視線與凹液面最低處相平
（4）mg氮化鋁與足量NaOH飽和溶液反應，實驗結束后，C中收集到液體的體積為VL（已折算成標準狀況），則AlN樣品的純度為$\frac{41V}{22.4m}×100%$（寫計算表達式）．
（5）上述實驗方案，可能因氣體體積測量不準，導致誤差較大．有人建議改用下列A、B兩個裝置中的一種（在通風櫥內(nèi)進行），只需進行簡單而又必要的數(shù)據(jù)測寫，用差量法就可比較準確確定樣品中AlN的質量分數(shù)．較合理的裝置如圖2是：A（填代號）．

Answer 1

分析 （1）只要先將裝置密封再利用熱脹冷縮原理進行氣密性驗證；
（2）根據(jù)圖1裝置可知，A中氮化鋁與氫氧化鈉溶液反應生成NaAlO₂，并放出有刺激性氣味氣體為氨氣，實驗中要測得氨氣的體積，通過氨氣的體積測定產(chǎn)品中AlN的質量分數(shù)，而氨氣極易溶于水，據(jù)此答題；
（3）為了準確測得氨氣的體積，必須等A中反應完全，在讀量筒體積時必須使C中液面與B中液面相平、視線與凹液面最低處相平，據(jù)此答題；
（4）根據(jù)氨氣的體積，通過反應方程式可計算出產(chǎn)品中純AlN的質量，根據(jù)純度=$\frac{AlN的質量}{樣品的質量}$×100%計算；
（5）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中裝置的質量在反應前后沒有變化，A中反應產(chǎn)生的氨氣揮發(fā)，產(chǎn)生氨氣的質量就是整個裝置的質量變化，所以可以測量得氨氣 的質量，根據(jù)氨氣的質量計算出氮化鋁的質量，進而可以確定AlN樣品的純度，據(jù)此答題．

解答 解：（1）根據(jù)裝置圖可知，檢查該套裝置氣密性的方法是將C中導管浸入水中，微熱試管A，C中導管出口有氣泡逸出．冷卻后，C中導管仍有高出液面的水柱不下降．（或先在B中加入煤油，然后將試管A放入冰水中，B中導管有氣泡進入B，將試管A恢復室溫，B中導管有高出液面的油柱不下降），說明氣密性良好，否則裝置漏氣，
故答案為：將C中導管浸入水中，微熱試管A，C中導管出口有氣泡逸出．冷卻后，C中導管仍有高出液面的水柱不下降．（或先在B中加入煤油，然后將試管A放入冰水中，B中導管有氣泡進入B，將試管A恢復室溫，B中導管有高出液面的油柱不下降），說明氣密性良好，否則裝置漏氣；
（2）根據(jù)圖1裝置可知，A中氮化鋁與氫氧化鈉溶液反應生成NaAlO₂，反應的方程式為AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，并放出有刺激性氣味氣體為氨氣，實驗中要測得氨氣的體積，通過氨氣的體積測定產(chǎn)品中AlN的質量分數(shù)，而氨氣極易溶于水，醫(yī)用酒精中也有水，所以選用煤油，故選 ②，
故答案為：②；AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑；
（3）為了準確測得氨氣的體積，必須等A中反應完全，在讀量筒體積時必須使C中液面與B中液面相平、視線與凹液面最低處相平，故選b、c、d；
（4）根據(jù)反應AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑可知，當氨氣的體積為VL即物質的量為$\frac{V}{22.4}$mol時，則參加反應的AlN的質量為$\frac{V}{22.4}$×41g，所以AlN樣品純度為$\frac{\frac{V}{22.4}×41}{m}×100%=\frac{41V}{22.4m}×100%$，
故答案為：$\frac{41V}{22.4m}×100%$；
（5）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中裝置的質量在反應前后沒有變化，A中反應產(chǎn)生的氨氣揮發(fā)，產(chǎn)生氨氣的質量就是整個裝置的質量變化，所以可以測量得氨氣 的質量，根據(jù)氨氣的質量計算出氮化鋁的質量，進而可以確定AlN樣品的純度，圖2中A裝置合理，
故答案為：A．

點評 此題是實驗和利用化學方程式計算相結合的題目，有一定的綜合性，應認真分析，另外要掌握住等量法是做此類實驗題常用的方法，題目難度中等．