Question

13．氮化鋁（AlN）陶瓷是一種類金剛石氮化物的新型無機(jī)非金屬材料，最高可穩(wěn)定到2200℃．導(dǎo)熱性好，熱膨脹系數(shù)小，是良好的耐熱沖擊材料．氮化鋁還是電絕緣體，介電性能良好，用作電器元件也很有希望．超細(xì)氮化鋁粉末被廣泛應(yīng)用于大規(guī)模集成電路生產(chǎn)領(lǐng)域．其制取原理為：③Al₂O₃+3C+N₂ $\stackrel{高溫}{→}$2AlN+3CO
完成下列問題：
（1）根據(jù)上述信息，判斷AlN的晶體類型是原子晶體，在制取氮化鋁時(shí)由于反應(yīng)不完全，氮化鋁產(chǎn)品中所含雜質(zhì)除了碳以外還可能存在Al₂O₃；
（2）為測(cè)定該產(chǎn)品中有關(guān)成分的含量，甲、乙兩同學(xué)設(shè)計(jì)了以下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：
①甲同學(xué)：稱取10.00g樣品，將其加入過量的氫氧化鈉溶液中共熱并蒸干，AlN跟氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成NaAlO₂，并放出氨氣3.36L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．上述反應(yīng)的化學(xué)方程式為AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，該樣品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)61.5%；
②乙同學(xué)：稱取10.00g樣品置于反應(yīng)器中，通入2.016L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）O₂，在高溫下充分反應(yīng)（O₂消耗完）后測(cè)得氣體的密度為1.34g•L^-1（已折成標(biāo)準(zhǔn)狀況，AlN不跟O₂反應(yīng)），該樣品中含雜質(zhì)碳1.92g．
（3）丙同學(xué)受到甲、乙同學(xué)實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)，認(rèn)為測(cè)定某氮化鋁中含有碳或氧化鋁雜質(zhì)，可用圖9中I的一些裝置來進(jìn)行檢驗(yàn)，根據(jù)AlN與NaOH溶液反應(yīng)所生成氨氣的體積來測(cè)定樣品中氮化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來確定雜質(zhì)的成分（實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)管體積忽略不計(jì)）實(shí)驗(yàn)有關(guān)操作為：①往錐形瓶中放入適量的AlN樣品：②從分液漏斗往錐形瓶中加入過量的濃NaOH；③檢驗(yàn)裝置的氣密性；④測(cè)定收集到水的體積．正確的操作順序?yàn)閏、a、b、d；
①?gòu)V口瓶中的試劑X可選用C（填選項(xiàng)的標(biāo)號(hào)）；
A．苯         B．酒精          C．植物油          D．CCl₄
②若實(shí)驗(yàn)中測(cè)得樣品的質(zhì)量為wg，氨氣的體積為aL（標(biāo)況下），則樣品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{4100a}{22.4w}$%；
（4）丁同學(xué)認(rèn)為，丙同學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法，可能因氣體體積測(cè)量不準(zhǔn)，導(dǎo)致誤差較大．建議改用圖9中的Ⅱ裝置進(jìn)行同樣實(shí)驗(yàn)，通過測(cè)定燒杯中硫酸的增重來確定樣品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．你認(rèn)為是否可行？不可行（填入“可行”、“不可行”），改進(jìn)方法為在裝置之間添加盛有堿石灰的干燥管，燒杯導(dǎo)管的末端接一倒扣的漏斗來吸收氨氣．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)題干信息“類金剛石氮化物”，通過硅類推AlN的晶體類型為原子晶體；根據(jù)物質(zhì)不一定完全反應(yīng)進(jìn)行判斷；
（2）①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)此得到方程式．
生成0.15molNH₃，根據(jù)氮元素守恒可知10.00g樣品中含有AlN的物質(zhì)的量為0.15mol，根據(jù)m=nM計(jì)算AlN的質(zhì)量，再根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)定義計(jì)算；
②反應(yīng)產(chǎn)物可能CO₂、CO或CO₂和CO、CO₂和O₂的混合氣體，根據(jù)氣體產(chǎn)物的密度可計(jì)算出氣體產(chǎn)物的平均相對(duì)分子質(zhì)量為30，所以生成氣體必定是CO₂和CO混合氣體．設(shè)混合氣體中含有CO₂xmol，CO ymol，根據(jù)氧原子守恒和平均相對(duì)分子質(zhì)量的計(jì)算，列放出計(jì)算x、y的值，樣品中n（C）=（x+y）mol，據(jù)此計(jì)算樣品中碳的質(zhì)量；
（3）制取氣體時(shí)，為防止裝置漏氣應(yīng)在連接裝置后立即進(jìn)行裝置氣密性檢查，確定裝置不漏氣后，本著先加固體后加液體的原則加入藥品；最后進(jìn)行氣體的收集與測(cè)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(yīng)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(yīng)是和水不互溶，且密度大于水的；②計(jì)算出氨氣的體積為aL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)；
（4）II中NH₃極易被吸收，發(fā)生倒吸現(xiàn)象，同時(shí)氨氣中含有水蒸氣，影響氨氣質(zhì)量的測(cè)定，所以不可行．所作的改正為：在裝置之間添加盛有堿石灰的干燥管，燒杯導(dǎo)管的末端接一倒扣的漏斗來吸收氨氣．

解答 解：（1）依據(jù)題干信息“類金剛石氮化物”，通過硅類推AlN的晶體類型為原子晶體；反應(yīng)物中有氧化鋁固體可能未反應(yīng)完而留在AlN中，
故答案為：原子晶體；Al₂O₃；
（2）①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↑，生成NH₃的物質(zhì)的量為$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$=0.15mol，根據(jù)氮元素守恒可知10.00g樣品中含有AlN的物質(zhì)的量為0.15mol，AlN的質(zhì)量為0.15mol×41g/mol=6.15g，樣品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{6.15g}{10.0g}$×100%=61.5%，
故答案為：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑；61.5%；
②反應(yīng)產(chǎn)物可能CO₂、CO或CO₂和CO、CO₂和O₂的混合氣體，根據(jù)氣體產(chǎn)物的密度可計(jì)算出氣體產(chǎn)物的平均相對(duì)分子質(zhì)量為30，所以生成氣體必定是CO₂和CO混合氣體．設(shè)混合氣體中含有CO₂xmol，CO ymol，根據(jù)氧原子守恒有2x+y=0.18…①，根據(jù)平均相對(duì)分子質(zhì)量有44x+28y=30（x+y）…②，聯(lián)立方程解得：x=0.02，y=0.14．所以，樣品中C的質(zhì)量為（0.02+0.14）×12=1.92g，故答案為：1.92；
（3）應(yīng)先進(jìn)行裝置氣密性檢驗(yàn)，然后依次加入固體藥品、液體藥品，最后進(jìn)行氣體排出水的測(cè)量，確定產(chǎn)生氣體體積；
故答案為：c、a、b、d；
①苯易揮發(fā)，酒精易揮發(fā)，揮發(fā)出來的氣體對(duì)實(shí)驗(yàn)有影響，同時(shí)由于酒精易溶于水，也不能達(dá)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(jìn)行隔離；
故答案為：C；
②氨氣的體積為aL（標(biāo)況下）的物質(zhì)的量為$\frac{aL}{22.4L/mol}$=$\frac{a}{22.4}$mol，由方程式AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑可知，樣品中AlN的物質(zhì)的量為=$\frac{a}{22.4}$mol，所以AlN的質(zhì)量為$\frac{a}{22.4}$mol×41g/mol=$\frac{41a}{22.4}$g，樣品中AIN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{\frac{41a}{22.4}g}{wg}$×100%=$\frac{4100a}{22.4w}$%，故答案為：$\frac{4100a}{22.4w}$%；
（4）II中NH₃極易被吸收，發(fā)生倒吸現(xiàn)象，同時(shí)氨氣中含有水蒸氣，影響氨氣質(zhì)量的測(cè)定，所以不可行．所作的改正為：在裝置之間添加盛有堿石灰的干燥管，燒杯導(dǎo)管的末端接一倒扣的漏斗來吸收氨氣．故答案為：不可行；在裝置之間添加盛有堿石灰的干燥管，燒杯導(dǎo)管的末端接一倒扣的漏斗來吸收氨氣．

點(diǎn)評(píng) 本題考查對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解與實(shí)驗(yàn)操作評(píng)價(jià)、物質(zhì)含量測(cè)定、化學(xué)計(jì)算等，難度中等，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)分析問題、解決問題的能力，學(xué)習(xí)中全面把握基礎(chǔ)知識(shí)．