Question

【題目】氮化鋁(AlN)是一種新型無機材料，廣泛應用于集成電路生產(chǎn)領域。某化學研究小組利用Al2O3＋3C＋N22AlN＋3CO制取氮化鋁，設計如圖實驗裝置：

試回答：

（1）實驗中用飽和NaNO2與NH4Cl溶液制取氮氣的化學方程式為___。

（2）裝置中分液漏斗與蒸餾燒瓶之間的導管A的作用是__(填寫序號)。

a．防止NaNO2飽和溶液蒸發(fā)

b．保證實驗裝置不漏氣

c．使NaNO2飽和溶液容易滴下

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

（4）化學研究小組的裝置存在嚴重問題，請說明改進的辦法：___。

（5）反應結(jié)束后，某同學用如圖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)。已知：氮化鋁和NaOH溶液反應生成NaAlO2和氨氣。

①廣口瓶中的試劑X最好選用___(填寫序號)。

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10.0g，測得氨氣的體積為3.36L(標準狀況)，則樣品中AlN的質(zhì)量分數(shù)為___。

Answer 1

【答案】NaNO2+NH4ClNaCl+N2↑+2H2O c 用酒精燈微熱蒸餾燒瓶，導管口有氣泡冒出，撤掉酒精燈一段時間，導管內(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溶液制取氮氣NaNO2+NH4ClNaCl+N2↑+2H2O，裝置中分液漏斗與蒸餾燒瓶之間的導管A，平衡內(nèi)外壓強，使NaNO2 飽和溶液容易滴下，制得的氮氣排盡裝置中的空氣，堿石灰干燥氮氣，氧化鋁、碳和氮氣在高溫的條件下生成氮化鋁和一氧化碳，方程式為：Al2O3+3C+N22AlN+3CO，D防止空氣進入反應裝置干擾實驗；

（1）飽和NaNO2與 NH4Cl溶液應生成氯化鈉、氮氣和水；

（2）根據(jù)實驗的需要結(jié)合大氣壓強原理來回答；

（3）只要先將裝置密封再利用熱脹冷縮原理進行氣密性驗證；

（4）實驗必須對有毒氣體進行尾氣處理，防止空氣污染；

（5）氮化鋁和氫氧化鈉反應會生成氨氣，氨氣進入廣口瓶后，如果裝置密閉，廣口瓶中壓強會增大，那么就會有水通過廣口瓶的長管進入量筒中，根據(jù)等量法可知，進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；選用的試劑應是和水不互溶，且密度大于水的；

②反應前廣口瓶的上方留有的少量空間填充的是空氣，反應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成開始時的空氣即可；

③根據(jù)氨氣的體積計算出物質(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溶液制取氮氣NaNO2+NH4ClNaCl+N2↑+2H2O，裝置中分液漏斗與蒸餾燒瓶之間的導管A，平衡內(nèi)外壓強，使NaNO2 飽和溶液容易滴下，制得的氮氣排盡裝置中的空氣，堿石灰干燥氮氣，氧化鋁、碳和氮氣在高溫的條件下生成氮化鋁和一氧化碳，方程式為：Al2O3+3C+N22AlN+3CO，D防止空氣進入反應裝置干擾實驗。

（1）飽和NaNO2與 NH4Cl溶液反應生成氯化鈉、氮氣和水，反應為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，錐形瓶內(nèi)氣體受熱膨脹，如果導管口有氣泡冒出，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，導管口有氣泡冒出，撤掉酒精燈一段時間，導管內(nèi)上升一段水柱，證明氣密性良好；

（4）實驗必須對有毒氣體進行尾氣處理，應在干燥管D末端連接一個尾氣處理裝置，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，但它們卻都極易揮發(fā)，揮發(fā)出來的氣體對實驗有影響而且揮發(fā)完后不能再起到隔離氨氣與水接觸的作用；同時由于酒精易溶于水，也不能達到隔離的目的；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)，可以把氨氣與水進行隔離；故答案為：c；

②本次實驗的目的在于測定產(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成開始時的空氣即可，不會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，故答案為：不變；

③氨氣的體積為3.36L（標準狀況），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)量分數(shù)為×100%=61.5%，故答案為：61.5%。