Question

5．氮化鋁（AlN）是新型的電子絕緣基片材料，用于大型和超大型集成電路中．某興趣小組開展了制取氮化鋁并測定所得樣品中氮化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的實(shí)驗(yàn)．
【實(shí)驗(yàn)一】制取氮化鋁樣品
【查閱資料】在高溫下氮?dú)�、碳和三氧化二鋁反應(yīng)可以生成氮化鋁粉和一氧化碳，用此方法制得的氮化鋁中含少量雜質(zhì)碳和氧化鋁．
【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】利用空氣為原料，除去其它成分來獲得氮?dú)猓�進(jìn)而和碳、三氧化二鋁反應(yīng)制取氮化鋁．

請(qǐng)回答：
（1）如果洗氣瓶A、B中的溶液互換位置，則空氣中的水將不能除去；
（2）寫出D中反應(yīng)的化學(xué)方程式N₂+3C+Al₂O₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2AlN+3CO；
【實(shí)驗(yàn)二】測定所制氮化鋁樣品中氮化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
【查閱資料】
（1）Al₂O₃+2NaOH═2NaAlO₂+H₂O；　
（2）AlN+NaOH+H₂O═NaAlO₂+NH₃↑．
（3）氨氣易溶于水且易與酸反應(yīng)．
【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】實(shí)驗(yàn)步驟如下：
①按如圖乙組裝儀器，將9.1g氮化鋁樣品放入錐形瓶中，在分液漏斗中加入一定量的濃NaOH溶液
②稱得盛有稀硫酸的燒杯和漏斗的總質(zhì)量為200g
③打開止水夾C，從分液漏斗向錐形瓶中滴入濃NaOH溶液，直到不再產(chǎn)生氣體為止
④打開止水夾B，從導(dǎo)管A處緩緩鼓入一定量的空氣
⑤再次稱量盛有稀硫酸的燒杯和漏斗的質(zhì)量和為203.4g
⑥重復(fù)實(shí)驗(yàn)④⑤步驟后稱得盛有稀硫酸的燒杯和漏斗的總質(zhì)量仍為203.4g
【實(shí)驗(yàn)討論】
（1）步驟①加入樣品前還應(yīng)檢查裝置氣密性．
（2）裝置中使用漏斗的目的是防止液體倒吸．
（3）如果把燒杯中的稀硫酸換成濃硫酸，測定結(jié)果會(huì)偏大（填“偏大”或“偏小”）．
（4）步驟④的目的是使反應(yīng)產(chǎn)生的氨氣充分吸收．
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】所制氮化鋁樣品中氮化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%．

Answer 1

分析 【實(shí)驗(yàn)一】
甲組：（1）根據(jù)氫氧化鈉溶液與濃硫酸在實(shí)驗(yàn)中的作用，分析當(dāng)兩種裝置互換位置對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響；
（2）根據(jù)對(duì)反應(yīng)的說明，在高溫下氮?dú)�、碳和三氧化二鋁反應(yīng)可以生成氮化鋁粉和一氧化碳，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
【實(shí)驗(yàn)二】
【實(shí)驗(yàn)討論】（1）根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)操作中需要確保裝置氣密性的認(rèn)識(shí)，判斷實(shí)驗(yàn)開始之前應(yīng)進(jìn)行的操作；
（2）根據(jù)裝置中藥品或儀器的使用方法，分析實(shí)驗(yàn)中所涉及裝置的作用，判斷所指定裝置對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響；
（3）對(duì)比濃硫酸與稀硫酸在實(shí)驗(yàn)中作用的異同，判斷用濃硫酸代替稀硫酸對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響；
（4）分析緩緩?fù)ㄈ肟諝獾牟僮鲗?duì)實(shí)驗(yàn)中殘留氣體的影響，推斷該操作在實(shí)驗(yàn)過程中的目的；
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】利用所測得氨氣的質(zhì)量，根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式計(jì)算出樣品中氮化鋁的質(zhì)量，從而求出樣品中氮化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：【實(shí)驗(yàn)一】
甲組：（1）氫氧化鈉溶液吸收空氣中二氧化碳，濃硫酸吸收通過氫氧化鈉溶液的氣體中的水，若兩裝置交換位置，則氣體中的水不能被吸收；
（2）根據(jù)信息：在高溫下氮?dú)狻⑻己腿�氧化二鋁反應(yīng)可以生成氮化鋁粉和一氧化碳，裝置D中發(fā)生反應(yīng)化學(xué)方程式為：N₂+3C+Al₂O₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2AlN+3CO；
【實(shí)驗(yàn)二】
【實(shí)驗(yàn)討論】（1）在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前要確保裝置氣密性良好，因此應(yīng)先進(jìn)行氣密性的檢查；
（2）堿石灰能吸收氣體中的水，防止水對(duì)測量質(zhì)量的影響；使用漏斗進(jìn)行氨氣的吸收，可以防止吸收過程中造成溶液的倒吸；
（3）若使用濃硫酸，濃硫酸吸收空氣中的水，使得測量氨氣質(zhì)量偏大，而使結(jié)果偏大；
（4）從導(dǎo)管A處緩緩鼓入一定量的空氣，可以使裝置內(nèi)殘留的氨氣全部被稀硫酸吸收，以保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性；
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】反應(yīng)生成氨氣的質(zhì)量=203.4g-200g=3.4g，設(shè)氮化鋁的質(zhì)量為x
AlN+NaOH+H₂O═NaAlO₂+NH₃↑
41                   17
x                    3.4g
$\frac{41}{x}$=$\frac{17}{3.4g}$  x=8.2g
樣品中的氮化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{8.2g}{9.1g}$×100%=90%．
故答案為：
【實(shí)驗(yàn)一】
甲組：（1）水；（2）N₂+3C+Al₂O₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2AlN+3CO；
【實(shí)驗(yàn)二】
【實(shí)驗(yàn)討論】（1）裝置氣密性；（2）防止液體倒吸；（3）偏大；（4）使反應(yīng)產(chǎn)生的氨氣充分吸收；
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】90%．

點(diǎn)評(píng) 通過閱讀整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，理解實(shí)驗(yàn)的原理、操作方法及實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，為解答此類問題所要著力完成的基礎(chǔ)