Question

【題目】氮化鋁(AlN)是一種新型的無機非金屬材料，工業(yè)上制備原理如下：Al2O3+N2+3C2AlN+3CO，反應(yīng)中氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為___________；AlN產(chǎn)品中常含有碳等不與NaOH溶液反應(yīng)的雜質(zhì)。為了分析某A1N樣品中A1N的含量。某實驗小組設(shè)計了如下三種實驗方案。知:A1N+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑

【方案1】有人想用下列A、B兩個裝置中的一種(在通風(fēng)櫥內(nèi)進行)。只需進行簡單而又必要的數(shù)據(jù)測定，用差量法就可測定樣品中A1N的質(zhì)量分數(shù)，較合理的裝置是:___________(填代號)。

【方案2】取一定量(m1)的樣品，用以下裝置測定樣品中A1N的純度(夾持裝置己略去)。

（1）上圖C裝置中球形干燥管的作用是___________；

（2）完成以下實驗步驟:組裝好實驗裝置，首先檢查裝置氣密性:再加入實驗藥品，接下來關(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，通入氮氣一段時間。

請回答:I、需測定___________(填A、B、C)裝置反應(yīng)前后的質(zhì)量變化。Ⅱ、通入氮氣的目的是____________。

【方案3】按以下步驟測定樣品中A1N的含量:

（1）步驟②生成沉淀的離子方程式為___________；

（2）步驟③的操作是___________，A1N的純度是___________(用m1、m2、m3表示)。

Answer 1

【答案】3:2；

【方案1】B

【方案2】（1）防止倒吸；（2）C；把裝置中殘留的氨氣全部趕入C裝置；

【方案3】（1）CO2+AlO2-+2H2O=HCO3-+Al(OH)3↓；（2）過濾、洗滌；×100%

【解析】

試題分析：（1）氮化鋁（AlN）制備：Al2O3+N2+3C2AlN+3CO，反應(yīng)中氮元素化合價從0價變化為-3價，做氧化劑被還原為AlN，碳元素化合價從0價變化為+2價，做還原劑被氧化為一氧化碳，所以氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為3：2；故答案為：3：2；

【方案1】裝置B較合理，這是通過反應(yīng)前后總質(zhì)量減少來測定AlN的質(zhì)量分數(shù)．這里的干燥管作用是吸收被NH3帶出來的水蒸氣（反應(yīng)放熱，更容易使產(chǎn)生的水蒸氣被NH3帶走），若用A，則NH3被吸收，反應(yīng)前后幾無質(zhì)量差，故答案為：B；

【方案2】（1）上圖C裝置中球形干燥管可以防止倒吸，故答案為：防止倒吸；

（2）組裝好實驗裝置，氣體制備需要先檢查裝置氣密性，加入實驗藥品．接下來的實驗操作是關(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，通入氮氣一段時間，測定C裝置反應(yīng)前后的質(zhì)量變化．通入氮氣的目的是，反應(yīng)生成氨氣后把裝置中的氣體全部趕入裝置C被濃硫酸吸收，準確測定裝置C的增重計算，故答案為：C；把裝置中殘留的氨氣全部趕入C裝置；

【方案3】流程分析可知，樣品溶解于過量的氫氧化鈉溶液中過濾洗滌，得到濾液和洗滌液中通入過量二氧化碳和偏鋁酸鈉反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，過濾洗滌得到氫氧化鋁固體，煅燒得到氧化鋁固體為m2g；

（1）步驟②生成的沉淀是氫氧化鋁，是偏鋁酸鈉溶液中通入過量二氧化碳氣體反應(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↓；

（2）根據(jù)題意，雜質(zhì)不與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，步驟③是過濾洗滌得到氫氧化鋁沉淀，煅燒得到氧化鋁，測定原理是：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↓，Al2O3物質(zhì)的量==mol，依據(jù)鋁元素守恒得到樣品中鋁元素物質(zhì)的量=n（AlN）=mol×2=mol，A1N的質(zhì)量=mol×41g/mol=g，純度=g/m1g=×100%，故答案為：過濾、洗滌；×100%