Question

【題目】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。某化學(xué)研究小組利用氮?dú)�、氧化鋁和活性炭在高溫下制取氮化鋁。 請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

(1)請(qǐng)寫出制取氮化鋁的化學(xué)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(cè)定AlN含量，設(shè)計(jì)如下三種實(shí)驗(yàn)方案。（測(cè)定過(guò)程均忽略NH3在強(qiáng)堿溶液中的溶解）

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

實(shí)驗(yàn)步驟：組裝好實(shí)驗(yàn)裝置，檢查裝置氣密性并加入實(shí)驗(yàn)藥品，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?dú)庖欢螘r(shí)間，測(cè)定C裝置反應(yīng)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?dú)獾哪康氖?/span>_______。

(4)圖中裝置會(huì)導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果_______（填“偏高”“偏低”或“無(wú)影響”）。

（方案2）用如圖裝置測(cè)定mg樣品中AlN的純度(部分夾持裝置已略去)。

(5)為測(cè)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(yīng)，測(cè)得生成氣體的體積為VmL(已轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是______。若其他操作均正確，但反應(yīng)結(jié)束后讀數(shù)時(shí)，右側(cè)量氣管中液面高于左側(cè)球型管中液面，則最后測(cè)得AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)_____（填“偏高”“偏低”或“無(wú)影響”）。

（方案3）按以下步驟測(cè)定樣品中A1N的純度：（過(guò)濾時(shí)使用無(wú)灰濾紙過(guò)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?jǐn)?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(dǎo)入C裝置 偏高 AD ×100% 偏低 AlO2-+CO2+2H2O=HCO3-+Al(OH)3↓

【解析】

(1)氮?dú)�、氧化鋁和活性炭在高溫下反應(yīng)產(chǎn)生氮化鋁和CO；

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

(3)反應(yīng)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(yīng)該準(zhǔn)確測(cè)定裝置C的增重進(jìn)行計(jì)算；

(4)圖1 裝置中空氣中的水蒸氣和二氧化碳也可以進(jìn)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(yīng)，也不能使氨氣溶解；

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

(7)步驟①反應(yīng)為AlN、Al2O3分別與氫氧化鈉反應(yīng)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(fù)分解反應(yīng)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(yīng)前后質(zhì)量不變，而根據(jù)流程中鋁的轉(zhuǎn)化關(guān)系可得關(guān)系式2A1N～A12O3，根據(jù)關(guān)系式列比例式，可計(jì)算出樣品中氮化鋁的純度。

(1)氮?dú)狻⒀趸�鋁和活性炭在高溫下反應(yīng)產(chǎn)生氮化鋁和CO，根據(jù)原子守恒、電子守恒，可得該反應(yīng)的化學(xué)方程式：Al2O3+3C+N22AlN+3CO；

(2)AlN與NaOH溶液反應(yīng)產(chǎn)生NH3，NH3是容易與濃硫酸能發(fā)生反應(yīng)的氣體，會(huì)導(dǎo)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?dú)庖欢螘r(shí)間，可以將反應(yīng)產(chǎn)生的NH3全部趕入C裝置中，被濃硫酸吸收，通過(guò)測(cè)定C裝置反應(yīng)前后的質(zhì)量變化確定AlN的純度，因此通入氮?dú)獾哪康氖前蜒b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(jìn)入裝置C，使測(cè)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(cè)定氨氣體積，A正確；

B.氨氣極易溶于水，不能排水法測(cè)定，B錯(cuò)誤；

C.氨氣極易溶于水，不能用排NH4Cl溶液的方法測(cè)定氣體體積，C錯(cuò)誤；

D.苯不能溶解氨氣，可以用排苯溶液的方法測(cè)定氨氣體積，D正確；

故合理選項(xiàng)是AD；

(6)若m g樣品完全反應(yīng)，測(cè)得生成氣體的體積為V mL（已轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀況），根據(jù)方程式AlN+NaOH+H2O═NaAlO2+NH3↑可知：每反應(yīng)消耗41gAlN，會(huì)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下22.4LNH3，現(xiàn)在得到標(biāo)準(zhǔn)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?jǐn)?shù)=×100%=×100%；

若其他操作均正確，但反應(yīng)結(jié)束后讀數(shù)時(shí)，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(qiáng)增大，使NH3的體積偏小，根據(jù)NH3的體積計(jì)算出的AlN的質(zhì)量偏小，則最后測(cè)得AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)偏低；

(7)步驟①反應(yīng)為AlN、Al2O3分別與氫氧化鈉反應(yīng)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(yīng)產(chǎn)生Al(OH)3沉淀和NaHCO3，反應(yīng)的離子方程式為AlO2-+CO2+2H2O=HCO3-+Al(OH)3↓；

(8)設(shè)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(guān)系為82gAlN反應(yīng)得到102g A12O3，則原樣品中含有A1N質(zhì)量是(m1-x)g，則其反應(yīng)產(chǎn)生的A12O3質(zhì)量為(m2-x)g，，解之得：x=，則lN質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%=×100%。