Question

【題目】某研究小組利用氮氣、氧化鋁和活性炭制取氮化鋁，設計如圖1所示實驗裝置。

請回答：

（1）圖1裝置中各儀器導管口連接的順序是（可重復使用，用小寫字母a→g填寫）：___________；導管A的作用是_________________________。

（2）圖1中用飽和NaNO2溶液與NH4Cl溶液加熱制取氮氣，該離子方程式為________。

（3）硬質(zhì)試管中生成AlN的反應方程式是_________________________。

（4）按要求連接的實驗裝置，存在嚴重問題，請說明改進的辦法，存在的缺陷是______，改進的辦法是_____________________________________________。

（5）反應結(jié)束后，某同學用圖2裝置進行實驗來測定氮化鋁樣品的質(zhì)量分數(shù)（實驗中導管體積忽略不計）。

①氮化鋁與過量的NaOH溶液反應生成氨氣化學反應方程式為___________________；

②集氣瓶中的苯的作用是______________________；集氣瓶中的液體沒有裝滿，實驗測得NH3的體積將__________（填“偏大”“偏小”或“不變”）。

③若實驗中稱取氮化鋁樣品的質(zhì)量為8.0 g，測得氨氣的體積2.8 L（標準狀況），則樣品中AlN的質(zhì)量分數(shù)為___________（保留3位有效數(shù)字）。

Answer 1

【答案】 NO2—+ NH4+ 2H2O + N2↑ a-e-d-g-f-c-b(或b-c) -g-f 平衡分液漏斗與燒瓶之間的壓強，使NaNO2 飽和溶液順利滴下 N2 + Al2O3 + 3C 2AlN + 3CO 沒有尾氣處理裝置，會污染大氣 在干燥管末端連一尾氣處理裝置 AlN+NaOH+H2O===NaAlO2+NH3↑ 防止氨氣溶于水 不變 64.1%

【解析】試題分析：本題以利用氮氣、氧化鋁和活性炭制取氮化鋁為載體，考查N2的制備，實驗裝置的連接，物質(zhì)的含量測定，實驗方案的設計和評價。根據(jù)原子守恒，由飽和NaNO2溶液與NH4Cl溶液加熱制取氮氣的同時還有NaCl和H2O生成，，制備N2的反應原理為NaNO2+NH4ClN2↑+NaCl+2H2O；由于NH4Cl受熱會分解成NH3和HCl，使得所得N2中混有H2O（g）、NH3、HCl，所以N2與氧化鋁和活性炭反應之前必須除去這些雜質(zhì)氣體，除雜時先通過濃硫酸吸收NH3和H2O（g），再通過堿石灰吸收HCl；接著干燥純凈的N2與氧化鋁和活性炭反應制得AlN；但由于AlN易水解，所以最后還要用盛放堿石灰的干燥管吸收空氣中的水蒸氣，防止水蒸氣進入硬質(zhì)試管中使AlN發(fā)生水解，則圖1裝置中各儀器導管口連接的順序為a-e-d-g-f-c-b(或b-c) -g-f。

（1）圖1裝置中各儀器導管口連接的順序為a-e-d-g-f-c-b(或b-c) -g-f。由于蒸餾燒瓶中有氣體產(chǎn)生，壓強增大，分液漏斗中的液體不易滴下；使用導管A將蒸餾燒瓶和分液漏斗相連，壓強相同，便于液體順利滴下。導管A的作用是：平衡分液漏斗與燒瓶之間的壓強，使NaNO2 飽和溶液順利滴下。

（2）制備N2的離子方程式為NO2-+NH4+N2↑+2H2O。

（3）由于活性炭是過量的，結(jié)合原子守恒，N2與氧化鋁和活性炭反應時除生成AlN外還生成CO，反應的化學方程式為N2+Al2O3+3C2AlN+3CO。

（4）由反應原理知，制得AlN的同時生成了CO；若按要求連接的實驗裝置，存在的嚴重問題是沒有尾氣處理裝置，CO污染大氣。改進的方法是在干燥管末端連一尾氣處理裝置。

（5）①根據(jù)原子守恒以及NaOH過量，AlN與過量NaOH溶液反應生成NH3和NaAlO2，反應的化學方程式為AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑。

②用排水法測量生成NH3的體積，由于NH3極易溶于水，能被水吸收，無法測量NH3的體積，用苯將NH3和水隔開防止氨氣溶于水，所以苯的作用是防止氨氣溶于水。由于排出水的體積等于收集到氨氣的體積是按壓強原理完成的，所以若集氣瓶中的液體沒有裝滿，實驗測得NH3的體積不變。

③根據(jù)N守恒，n（AlN）=n（NH3）==0.125mol，m（AlN）=0.125mol41g/mol=5.125g，樣品中AlN的質(zhì)量分數(shù)為100%=64.1%。