Question

氮化鋁是一種新型的無機非金屬材料，被廣泛應(yīng)用于集成電路生產(chǎn)領(lǐng)域．在氮氣流中由氧化鋁與焦炭在電爐中加熱制得．原料配比不當(dāng)或反應(yīng)不完全等因素都會造成產(chǎn)品中含有碳、Al₄C₃或Al₂O₃等雜質(zhì)．回答下列問題：
（1）反應(yīng)Al₂O₃+N₂+3C 

高溫  .

2AlN+3CO中，氧化劑是

 

（2）探究氮化鋁與酸的反應(yīng)，并檢驗生成產(chǎn)物中含有NH₄⁺．請完成下列實驗步驟．
步驟1：取少量樣品于試管中，滴加稀H₂SO₄至溶液呈酸性
步驟2：

 

．
（3）AlN也可以與強堿溶液反應(yīng)．完成下列方程式：
AlN+NaOH+H₂O=

 

+

 

（4）Al ₄C₃與水反應(yīng)生成甲烷，甲烷與CuO反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：
CH₄+4CuO 

△   .

 CO₂+2H₂O+4Cu 測定產(chǎn)品中有關(guān)成分的含量，所需儀器如下：

Ⅰ．測定樣品中含有少量Al₄C₃的含量，各裝置連接的順序為A→C→F→C→D→E．主要實驗步驟如下：
①稱量D的質(zhì)量，按順序組裝儀器，將試樣放入錐形瓶中，檢查裝置的氣密性
②從分液漏斗緩緩滴入稀硫酸，直到不再產(chǎn)生氣體時為止
③點燃F酒精燈
④緩緩鼓入一定量的N₂
⑤再次緩緩鼓入一定量的N₂
⑥再次稱量D的質(zhì)量
⑦重復(fù)步驟⑤和⑥的操作，直到D的質(zhì)量基本不變
操作的先后順序是①→

 

→⑤→⑥→⑦，操作④的目的是

 

．
Ⅱ．為測定AlN的含量，請選擇合適的藥品和裝置，按氣流方向連接各裝置，其順序為：

 

→

 

→

 

→E，試樣為mg，測得C增重n g，則AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是

 

．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)化學(xué)方程式中元素化合價的變化分析，元素化合價降低的元素所在物質(zhì)為氧化劑；
（2）依據(jù)銨根離子的檢驗方法設(shè)計實驗步驟進行檢驗；
（3）AlN是一種良好的耐熱沖擊材料，可溶解于強堿溶液生成偏鋁酸鈉和氨氣；
（4）Ⅰ、依據(jù)實驗裝置連接順序和測定成分發(fā)生的反應(yīng)分析判斷，裝置中的空氣需要趕凈，把樣品溶于稀硫酸完全反應(yīng)，利用氮氣把生成的甲烷全部趕到F裝置反應(yīng)，減少誤差；
Ⅱ、氮化鋁水解生成氫氧化鋁和氨氣，氨氣是堿性氣體，干燥需要用堿石灰，吸收可以用濃硫酸，最后稱重計算．

解答：解：（1）反應(yīng)Al₂O₃+N₂+3C 

高溫  .

2AlN+3CO中，氮元素化合價從0價變化為-3價，化合價降低做氧化劑，碳元素化合價從0價變化為+2價做還原劑；
故答案為：N₂ ；
（2）檢驗生成產(chǎn)物中含有NH₄⁺，取少量樣品于試管中，滴加稀H₂SO₄至溶液呈酸性，取反應(yīng)后的溶液加入足量NaOH溶液，加熱，用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗產(chǎn)生的氣體，若試紙變藍，說明存在NH₄⁺；
故答案為：取反應(yīng)后的溶液加入足量NaOH溶液，加熱，用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗產(chǎn)生的氣體，若試紙變藍，說明存在NH₄⁺；
（3）解答：AlN是一種良好的耐熱沖擊材料，可溶解于強堿溶液生成偏鋁酸鈉和氨氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：AlN+NaOH+H₂O═NH₃↑+NaAlO₂，
故答案為：AlN+NaOH+H₂O═NH₃↑+NaAlO₂；
（4）Ⅰ．若各裝置連接的順序為：A→C→F→C→D→E，稱量D的質(zhì)量，按順序組裝儀器，檢查裝置的氣密性，將試樣放入錐形瓶中，裝置中的空氣需要趕凈，把樣品溶于稀硫酸完全反應(yīng)，利用氮氣把生成的甲烷全部趕到F裝置反應(yīng)，CH₄與CuO發(fā)生反應(yīng)：CH₄+4CuO

△   .

CO₂+2H₂O+4Cu，減少測定誤差，所以需要補充的步驟為：④緩緩鼓入一定量的N₂；③點燃F酒精燈；②從分液漏斗緩緩滴入稀硫酸，直到不再產(chǎn)生氣體時為止；操作④緩緩鼓入一定量的N₂，把裝置中的空氣排凈，防止爆炸；
故答案為：④→③→②；將裝置中的空氣排盡，防止爆炸；
Ⅱ．為測定AlN的含量，分析AlN能夠水解生成氫氧化鋁和氨氣，氨氣是堿性氣體，用堿石灰吸收水蒸氣后再用濃硫酸吸收氨氣，稱重計算，所以裝置連接為B-D-C；若試樣為mg，測得C增重ng為氨氣的質(zhì)量，樣品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

ng 17g/mol ×41g/mol

mg

×100%=

41n

17m

×100%；
故答案為：B、D、C；

41n

17m

×100%

點評：本題考查了物質(zhì)組成和探究方法和實驗分析判斷，離子檢驗實驗步驟設(shè)計，實驗步驟的理解和設(shè)計是解題關(guān)鍵，題目難度較大．