Question

【題目】氮化鋁(AlN)是一種新型無機(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Al2O3＋3C＋N22AlN＋3CO制取氮化鋁，設(shè)計(jì)如圖實(shí)驗(yàn)裝置：

試回答：

（1）實(shí)驗(yàn)中用飽和NaNO2與NH4Cl溶液制取氮?dú)獾幕瘜W(xué)方程式為___。

（2）裝置中分液漏斗與蒸餾燒瓶之間的導(dǎo)管A的作用是__(填寫序號(hào))。

a．防止NaNO2飽和溶液蒸發(fā)

b．保證實(shí)驗(yàn)裝置不漏氣

c．使NaNO2飽和溶液容易滴下

（3）按圖連接好實(shí)驗(yàn)裝置，檢查裝置氣密性的方法是：在干燥管D末端連接一導(dǎo)管，將導(dǎo)管插入燒杯中的液面下，___。

（4）化學(xué)研究小組的裝置存在嚴(yán)重問題，請(qǐng)說明改進(jìn)的辦法：___。

（5）反應(yīng)結(jié)束后，某同學(xué)用如圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來測(cè)定氮化鋁樣品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)管體積忽略不計(jì))。已知：氮化鋁和NaOH溶液反應(yīng)生成NaAlO2和氨氣。

①?gòu)V口瓶中的試劑X最好選用___(填寫序號(hào))。

a．汽油 b．酒精 c．植物油 d．CCl4

②廣口瓶中的液體沒有裝滿(上方留有空間)，則實(shí)驗(yàn)測(cè)得NH3的體積將___(填“偏大”、“偏小”或“不變”)。

③若實(shí)驗(yàn)中稱取氮化鋁樣品的質(zhì)量為10.0g，測(cè)得氨氣的體積為3.36L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則樣品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為___。

Answer 1

【答案】NaNO2+NH4ClNaCl+N2↑+2H2O c 用酒精燈微熱蒸餾燒瓶，導(dǎo)管口有氣泡冒出，撤掉酒精燈一段時(shí)間，導(dǎo)管內(nèi)上升一段水柱，證明氣密性良好 在干燥管D末端連接一個(gè)尾氣處理裝置 c 不變 61.5%

【解析】

制取氮化鋁：用飽和NaNO2與NH4Cl溶液制取氮?dú)?/span>NaNO2+NH4ClNaCl+N2↑+2H2O，裝置中分液漏斗與蒸餾燒瓶之間的導(dǎo)管A，平衡內(nèi)外壓強(qiáng)，使NaNO2 飽和溶液容易滴下，制得的氮?dú)馀疟M裝置中的空氣，堿石灰干燥氮?dú)猓�氧化鋁、碳和氮?dú)庠诟邷氐臈l件下生成氮化鋁和一氧化碳，方程式為：Al2O3+3C+N22AlN+3CO，D防止空氣進(jìn)入反應(yīng)裝置干擾實(shí)驗(yàn)；

（1）飽和NaNO2與 NH4Cl溶液應(yīng)生成氯化鈉、氮?dú)夂退��?/span>

（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要結(jié)合大氣壓強(qiáng)原理來回答；

（3）只要先將裝置密封再利用熱脹冷縮原理進(jìn)行氣密性驗(yàn)證；

（4）實(shí)驗(yàn)必須對(duì)有毒氣體進(jìn)行尾氣處理，防止空氣污染；

（5）氮化鋁和氫氧化鈉反應(yīng)會(huì)生成氨氣，氨氣進(jìn)入廣口瓶后，如果裝置密閉，廣口瓶中壓強(qiáng)會(huì)增大，那么就會(huì)有水通過廣口瓶的長(zhǎng)管進(jìn)入量筒中，根據(jù)等量法可知，進(jìn)入到廣口瓶中水的體積就等于生成的氨氣的體積．所以通過量筒中排出的水的體積就可以知道氨氣的體積，然后有氨氣的密度求出氨氣的質(zhì)量，進(jìn)而根據(jù)方程式求出氮化鋁的質(zhì)量。

①產(chǎn)生的氨氣極易溶于水，為防止氨氣溶于水需要把氣體與水隔離，因此應(yīng)選擇不能與氨氣產(chǎn)生作用的液體作為隔離液；選用的試劑應(yīng)是和水不互溶，且密度大于水的；

②反應(yīng)前廣口瓶的上方留有的少量空間填充的是空氣，反應(yīng)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(dāng)成開始時(shí)的空氣即可；

③根據(jù)氨氣的體積計(jì)算出物質(zhì)的量，得出其中氮原子的物質(zhì)的量，根據(jù)氮原子守恒，來計(jì)算氮化鋁的百分含量。

制取氮化鋁：用飽和NaNO2與NH4Cl溶液制取氮?dú)?/span>NaNO2+NH4ClNaCl+N2↑+2H2O，裝置中分液漏斗與蒸餾燒瓶之間的導(dǎo)管A，平衡內(nèi)外壓強(qiáng)，使NaNO2 飽和溶液容易滴下，制得的氮?dú)馀疟M裝置中的空氣，堿石灰干燥氮?dú)�，氧化鋁、碳和氮?dú)庠诟邷氐臈l件下生成氮化鋁和一氧化碳，方程式為：Al2O3+3C+N22AlN+3CO，D防止空氣進(jìn)入反應(yīng)裝置干擾實(shí)驗(yàn)。

（1）飽和NaNO2與 NH4Cl溶液反應(yīng)生成氯化鈉、氮?dú)夂退�，反�?yīng)為NaNO2+NH4ClNaCl+N2↑+2H2O；故答案為：NaNO2+NH4ClNaCl+N2↑+2H2O；

（2）裝置中分液漏斗與蒸餾燒瓶之間的導(dǎo)管A具有平衡氣壓的作用，這樣可以保證NaNO2飽和溶液容易滴下，故選c；

（3）關(guān)閉分液漏斗開關(guān)，使裝置處于密閉體系，將導(dǎo)管一端浸入水中，用手緊握錐形瓶外壁，由于熱脹冷縮，錐形瓶?jī)?nèi)氣體受熱膨脹，如果導(dǎo)管口有氣泡冒出，說明氣密性良好，否則裝置漏氣，故答案為：用酒精燈微熱蒸餾燒瓶，導(dǎo)管口有氣泡冒出，撤掉酒精燈一段時(shí)間，導(dǎo)管內(nèi)上升一段水柱，證明氣密性良好；

（4）實(shí)驗(yàn)必須對(duì)有毒氣體進(jìn)行尾氣處理，應(yīng)在干燥管D末端連接一個(gè)尾氣處理裝置，防止空氣污染，故答案為：在干燥管D末端連接一個(gè)尾氣處理裝置；

（5）①酒精、汽油雖然都不能與氨氣發(fā)生反應(yīng)，但它們卻都極易揮發(fā)，揮發(fā)出來的氣體對(duì)實(shí)驗(yàn)有影響而且揮發(fā)完后不能再起到隔離氨氣與水接觸的作用；同時(shí)由于酒精易溶于水，也不能達(dá)到隔離的目的；CCl4密度大于水，不能起到隔離作用，而植物油既不溶于水，密度小于水也不易揮發(fā)，可以把氨氣與水進(jìn)行隔離；故答案為：c；

②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，因此，把最后空間中充入的氨氣當(dāng)成開始時(shí)的空氣即可，不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，故答案為：不變；

③氨氣的體積為3.36L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），物質(zhì)的量是0.15mol，所以氮化鋁的物質(zhì)的量是0.15mol，質(zhì)量是0.15mol×41g/mol=6.15g，所以氮化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%=61.5%，故答案為：61.5%。