Question

10．氮化鋁（AlN）是一種新型無(wú)機(jī)材料，廣泛應(yīng)用于集成電路生產(chǎn)領(lǐng)域．其制取原理為：
Al₂O₃+3C+N→2AlN+3CO
（1）根據(jù)氮化鋁的制取原理，推測(cè)某氮化鋁中所含雜質(zhì)可能是C、Al₂O₃（有幾種就寫(xiě)幾種）．
（2）為了分析某AlN樣品中 AlN的含量，某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組成員設(shè)計(jì)了如下兩種實(shí)驗(yàn)方案．
【方案1--量氣法】用如圖中的一些裝置來(lái)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)反應(yīng)中所生成氨氣的體積來(lái)測(cè)定樣品中的氮化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來(lái)確定雜質(zhì)的成分（實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)管體積忽略不計(jì)）

①圖中儀器A的名稱是分液漏斗；氮化鋁與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑．
②廣口瓶中的試劑X最好選用下列試劑中的C（填選項(xiàng)的標(biāo)號(hào)），廣口瓶的液體沒(méi)有裝滿（上方留有少量空間），實(shí)驗(yàn)測(cè)得NH₃的體積將不變（填“偏大”、“偏小”或“不變”）．
A．苯            B．酒精         C．植物油          D．CCl₄
③若實(shí)驗(yàn)中測(cè)得樣品的質(zhì)量為2.56g，氨氣的體積為1.12L（標(biāo)況下），則樣品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80.1%．
【方案2--測(cè)重量】按以下步驟測(cè)定樣品中A1N的純度：

④步驟②生成沉淀的離子方程式為CO₂+AlO₂^-+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓．
⑤步驟③的操作是過(guò)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 （1）根據(jù)物質(zhì)不一定完全反應(yīng)進(jìn)行判斷；
（2）①依據(jù)裝置圖分析可知A為分液漏斗，氮化鋁與NaOH溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氨氣；
②X處在上層，密度比水小，且不溶于水、不吸收氨氣，用于隔離氨氣與水，注意由于苯易揮發(fā)，會(huì)浪費(fèi)試劑、影響氨氣體積測(cè)定；廣口瓶?jī)?nèi)的液體是否充滿不影響所收集到的NH₃體積大��；
③由題目信息可知，由于AlN跟氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成NaAlO₂、并放出NH₃，據(jù)此得到方程式．
生成1.12LmolNH₃，物質(zhì)的量=$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.05mol，根據(jù)氮元素守恒可知2.56g樣品中含有AlN的物質(zhì)的量為0.05mol，根據(jù)m=nM計(jì)算AlN的質(zhì)量，再根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)定義計(jì)算；
④步驟②生成的沉淀是氫氧化鋁，是偏鋁酸鈉溶液中通入過(guò)量二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉；
⑤上述分析可知步驟③是過(guò)濾洗滌得到氫氧化鋁沉淀，測(cè)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(guò)測(cè)定氧化鋁得質(zhì)量來(lái)計(jì)算氮化鋁的質(zhì)量．

解答 解：（1）反應(yīng)物中有氧化鋁固體、碳固體可能未反應(yīng)完而留在AlN中，故答案為：C、Al₂O₃；
（2）①依據(jù)裝置圖分析可知A為分液漏斗，氮化鋁與NaOH溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氨氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，
故答案為：分液漏斗；AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑；
②A、苯易揮發(fā)，會(huì)浪費(fèi)試劑，排出液體增大，影響氨氣體積測(cè)定，故A不選；
B、酒精易揮發(fā)，揮發(fā)出來(lái)的氣體對(duì)實(shí)驗(yàn)有影響，同時(shí)由于酒精易溶于水，也不能達(dá)到隔離的目的，故B不選；
C、植物油既不溶于水，密度小于水也不易揮發(fā)，可以把氨氣與水進(jìn)行隔離，故C選；
D、CCl₄密度大于水，不能起到隔離作用，故D不選；
本次實(shí)驗(yàn)的目的在于測(cè)定產(chǎn)生氣體的體積而不是收集純凈的氣體，氨氣排出裝多少水，氨氣的體積就是多少，廣口瓶?jī)?nèi)的液體是否充滿不影響所收集到的NH₃體積大小，
故答案為：C；不變；
③由于AlN跟氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成NaAlO₂、并放出NH₃，其反應(yīng)方程式為：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，生成NH₃的物質(zhì)的量為$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.05mol，根據(jù)氮元素守恒可知2.56g樣品中含有AlN的物質(zhì)的量為0.05mol，AlN的質(zhì)量為0.05mol×41g/mol=2.05g，樣品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{2.05g}{2.56g}$×100%=80.1%，
故答案為：80.1%；
④步驟②生成的沉淀是氫氧化鋁，是偏鋁酸鈉溶液中通入過(guò)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↓；
⑤上述分析可知步驟③是過(guò)濾洗滌得到氫氧化鋁沉淀，測(cè)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(guò)測(cè)定氧化鋁得質(zhì)量來(lái)計(jì)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)氮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=$\frac{\frac{{m}_{2}}{51}mol×41g/mol}{{m}_{1}g}$×100%=$\frac{41{m}_{2}}{51{m}_{1}}$×100%，
故答案為：過(guò)濾、洗滌；$\frac{41{m}_{2}}{51{m}_{1}}$×100%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)探究物質(zhì)組成的實(shí)驗(yàn)分析判斷，理解實(shí)驗(yàn)原理是關(guān)鍵，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)與綜合運(yùn)用知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，學(xué)習(xí)中全面把握基礎(chǔ)知識(shí)，難度中等．