Question

20．超細(xì)氮化鋁粉末（AlN）被廣泛應(yīng)用于大規(guī)模集成電路生產(chǎn)領(lǐng)域．其制取原理為：Al₂O₃+3C+N₂ $\stackrel{高溫}{→}$2AlN+3CO．已知氮化鋁能與水反應(yīng)生成氫氧化鋁和氨氣．
（1）某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組認(rèn)為在制取氮化鋁時(shí)由于反應(yīng)不完全，氮化鋁產(chǎn)品中可能存在碳、氧化鋁等雜質(zhì)．為測(cè)定氮化鋁樣品中AlN的含量，甲、乙兩同學(xué)設(shè)計(jì)了以下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：
I．甲同學(xué)設(shè)計(jì)測(cè)定氨氣的質(zhì)量，可能需要的儀器和試劑如下：

（2）請(qǐng)寫出發(fā)生裝置如圖1中產(chǎn)生氨氣的化學(xué)方程式：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑
（3）請(qǐng)選擇合適的藥品和裝置，按氣流方向連接各裝置，其順序?yàn)椋築→D→C→E
II．乙同學(xué)設(shè)計(jì)通過(guò)以下裝置測(cè)定氨氣的體積
（4）如圖2量氣管中的試劑X可選用ac（填選項(xiàng)的標(biāo)號(hào)）．
a．苯       b．酒精    c．植物油    d．CCl₄
（5）若量氣管中的液體沒(méi)有裝滿（上方留有少量空間），實(shí)驗(yàn)測(cè)    得NH₃的體積將不變（填偏大、偏小或不變）．若讀數(shù)時(shí)，量氣管中的液面低于水準(zhǔn)管的液面，實(shí)驗(yàn)測(cè)得NH₃的體積將偏�。�（填“偏大”、“偏小”或“不變”）．
（6）若樣品為mg，氨氣的體積為a mL（標(biāo)況下），則樣品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{41a}{224w}$%．

Answer 1

分析 I．（1）制備反應(yīng)原理可知，Al₂O₃+3C+N₂ $\stackrel{高溫}{→}$2AlN+3CO，若反應(yīng)不完全，會(huì)含有固體雜質(zhì)碳、氧化鋁；
（2）由題目信息可知，由于AlN跟氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成NaAlO₂、并放出NH₃，據(jù)此生成方程式；
（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，測(cè)定氨氣的質(zhì)量，可以先用堿溶液與樣品反應(yīng)，將生成的氨氣先用堿石灰干燥，再用濃硫酸吸收，為防止空氣的水份被濃硫酸吸收，在濃硫酸裝置后面再連一個(gè)裝有堿石灰 的干燥管；
II．（4）圖2是用排液體的量氣方法，由于氨氣極易溶于水，所以在水的上面應(yīng)放少量有機(jī)物，該有機(jī)物的密度應(yīng)小于水；
（5）若量氣管中的液體上方留有少量空間對(duì)測(cè)得NH₃的體積將沒(méi)有影響，讀數(shù)時(shí)應(yīng)保持量氣管和水準(zhǔn)管兩邊的液面高度一樣，如果量氣管中的液面低于水準(zhǔn)管的液面，則產(chǎn)生的氨氣的受到的壓強(qiáng)大于空氣中的壓強(qiáng)，使測(cè)得NH₃的體積會(huì)偏��；
（6）計(jì)算出氨氣的體積為amL（標(biāo)況下）的物質(zhì)的量，再根據(jù)方程式計(jì)算出AlN的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算AlN的質(zhì)量，利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)的定義計(jì)算樣品中AIN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：I．（1）制備反應(yīng)原理可知，Al₂O₃+3C+N₂ $\stackrel{高溫}{→}$2AlN+3CO，若反應(yīng)不完全，會(huì)含有固體雜質(zhì)碳、氧化鋁，故答案為：碳；氧化鋁；
（2）由于AlN跟氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成NaAlO₂、并放出NH₃，其反應(yīng)方程式為：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，故答案為：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑；
（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，測(cè)定氨氣的質(zhì)量，可以先用堿溶液與樣品反應(yīng)，將生成的氨氣先用堿石灰干燥，再用濃硫酸吸收，為防止空氣的水份被濃硫酸吸收，在濃硫酸裝置后面再連一個(gè)裝有堿石灰 的干燥管，所以按氣流方向連接各裝置，其順序?yàn)椋築→D→C→E，
故答案為：B；D；C；
II．（4）圖2是用排液體的量氣方法，由于氨氣極易溶于水，所以在水的上面應(yīng)放少量有機(jī)物，該有機(jī)物的密度應(yīng)小于水且難溶于水，故選ac；
（5）若量氣管中的液體上方留有少量空間對(duì)測(cè)得NH₃的體積將沒(méi)有影響，讀數(shù)時(shí)應(yīng)保持量氣管和水準(zhǔn)管兩邊的液面高度一樣，如果量氣管中的液面低于水準(zhǔn)管的液面，則產(chǎn)生的氨氣的受到的壓強(qiáng)大于空氣中的壓強(qiáng)，使測(cè)得NH₃的體積會(huì)偏小，
故答案為：不變；偏�。�
（6）氨氣的體積為amL（標(biāo)況下）的物質(zhì)的量為 $\frac{a×10{\;}^{-3}L}{22.4L/mol}$=$\frac{a×1{0}^{-3}}{22.4}$mol，由方程式AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑可知，樣品中AlN的物質(zhì)的量為$\frac{a}{22.4}$×10^-3 mol，所以AlN的質(zhì)量為 $\frac{a}{22.4}$×10^-3mol×41g/mol=$\frac{41a×1{0}^{-3}}{22.4}$g，樣品中AIN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{\frac{41a×1{0}^{-3}}{22.4}}{w}$×100%=$\frac{41a}{224w}$%，
故答案為：$\frac{41a}{224w}$%．

點(diǎn)評(píng) 該題為典型的樣品純度測(cè)驗(yàn)試題，并要求對(duì)已有的實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)價(jià)，并指出方案不可行的原因以及在已有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行新的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，理解實(shí)驗(yàn)原理是關(guān)鍵，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)與綜合運(yùn)用知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，學(xué)習(xí)中全面把握基礎(chǔ)知識(shí)，難度很大．