Question

8．如圖是從鋁士礦（主要成分為Al₂O₃，還含有少量SiO₂、Fe₂O₃等雜質(zhì)）中提取Al₂O₃并生產(chǎn)AlN的工藝流程：

（1）“溶解”時，溶液中的硅酸鈉與偏鋁酸鈉發(fā)生反應(yīng)：2Na₂SiO₃+2NaAlO₂+2H₂O═Na₂Al₂Si₂O₈↓+4NaOH
赤泥的主要成分為Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈（寫出化學(xué)式）．
（2）“酸化”時通入過量CO₂與NaAlO₂反應(yīng)生成Al（OH）₃，濾液的主要成分為NaHCO₃（寫出化學(xué)式）．實驗室過濾需用到的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒．
（3）“還原”時，炭黑在高溫下被氧化為CO，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlN+3CO．
（4）現(xiàn)取三份不同質(zhì)量的氮化鋁樣品（假設(shè)雜質(zhì)只含有炭黑）分別加到20.00mL相同濃度的NaOH溶液中，充分反應(yīng)后，測得實驗數(shù)據(jù)如表所示．
（已知：AlN+NaOH+H₂O═NaAlO₂+NH₃↑）

實驗序號	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
加入氮化鋁樣品的質(zhì)量/g	4.1	8.2	12.3
生成氨氣的體積/L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）	1.456	2.912	4.256

①該樣品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為多少？（寫出計算過程）
②所用NaOH溶液的濃度為9.5mol/L．

Answer 1

分析 鋁士礦（主要成分為Al₂O₃，還含有少量SiO₂、Fe₂O₃等雜質(zhì)），鋁士礦中加入氫氧化鈉溶液，SiO₂和Al₂O₃溶于氫氧化鈉溶液，溶液中的硅酸鈉與偏鋁酸鈉發(fā)生反應(yīng)：2Na₂SiO₃+2NaAlO₂+2H₂O═Na₂Al₂Si₂O₈↓+4NaOH，氧化鐵不溶于氫氧化鈉溶液，所以過濾得赤泥為Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈，濾液主要為偏鋁酸鈉溶液，偏鋁酸鈉溶液中通入過量的二氧化碳酸化得沉淀為氫氧化鋁，過濾得濾液主要為NaHCO₃溶液，氫氧化鋁燃燒得氧化鋁，氧化鋁、碳、氮?dú)庠诟邷叵律�成氮化鋁，同時碳被氧化為CO，據(jù)此答題；

解答 解：鋁士礦（主要成分為Al₂O₃，還含有少量SiO₂、Fe₂O₃等雜質(zhì)），鋁士礦中加入氫氧化鈉溶液，SiO₂和Al₂O₃溶于氫氧化鈉溶液，溶液中的硅酸鈉與偏鋁酸鈉發(fā)生反應(yīng)：2Na₂SiO₃+2NaAlO₂+2H₂O═Na₂Al₂Si₂O₈↓+4NaOH，氧化鐵不溶于氫氧化鈉溶液，所以過濾得赤泥為Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈，濾液主要為偏鋁酸鈉溶液，偏鋁酸鈉溶液中通入過量的二氧化碳酸化得沉淀為氫氧化鋁，過濾得濾液主要為NaHCO₃溶液，氫氧化鋁燃燒得氧化鋁，氧化鋁、碳、氮?dú)庠诟邷叵律�成氮化鋁，同時碳被氧化為CO，
（1）根據(jù)上面的分析可知，赤泥的主要成分為 Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈，
故答案為：Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；  
（2）“酸化”時通入過量CO₂與NaAlO₂反應(yīng)生成Al（OH）₃，濾液的主要成分為 NaHCO₃，實驗室過濾需用到的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒，
故答案為：NaHCO₃；漏斗；
（3）氧化鋁、碳、氮?dú)庠诟邷叵律�成氮化鋁，同時碳被氧化為CO，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlN+3CO，
故答案為：Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlN+3CO；
（4）比較表中三組數(shù)據(jù)可知，實驗Ⅱ中固體的質(zhì)量為實驗Ⅰ中的兩倍時，產(chǎn)生的氣體的體積也為兩倍，說明在實驗Ⅰ中氫氧化鈉是過量的，實驗Ⅲ的固體為實驗Ⅰ的3倍，而氣體沒有達(dá)到3倍，說明在實驗Ⅲ中固體過量，氫氧化鈉全部參加 反應(yīng)，
①根據(jù)反應(yīng)AlN+NaOH+H₂O═NaAlO₂+NH₃↑利用實驗Ⅰ數(shù)據(jù)可知，
   n（AlN）=n（NH₃）=$\frac{1.456}{22.4}$mol=0.065 mol，所以AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{41×0.065}{4.1}$×100%=65%，
答：AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%；
②根據(jù)反應(yīng)AlN+NaOH+H₂O═NaAlO₂+NH₃↑利用實驗Ⅲ數(shù)據(jù)可知，n（NaOH）=n（NH₃）=$\frac{4.256}{22.4}$mol=0.19 mol，所以NaOH溶液的濃度為：$\frac{0.19mol}{0.02L}$=9.5mol/L，
故答案為：9.5．

點(diǎn)評 本題以氮化鋁的制備工藝流程為載體，考查無機(jī)物推斷、元素化合物性質(zhì)及相互轉(zhuǎn)化、氧化還原、離子方程式等知識點(diǎn)，注意把握制備原理，把握物質(zhì)的性質(zhì)以及相關(guān)反應(yīng)方程式的書寫，題目難度中等．