Question

5．氮化鋁（AlN）是一種綜合性能優(yōu)良的陶瓷材料，能緩慢水解，不耐酸堿腐蝕，某小組探究在實(shí)驗(yàn)室制備AlN并測(cè)定產(chǎn)品純度，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下，請(qǐng)回答：
Ⅰ制備AlN

（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，以空氣為原料制備AlN，按氣流由左向右的方向，上述裝置的正確連接順序?yàn)閖→fedcab（或ba）gh（或hg）→i（填儀器接口字母編號(hào)）；
（2）上述裝置中，需要檢漏的儀器名稱為分液漏斗；
（3）試劑X的作用為吸收空氣中的水蒸氣，避免其與還原鐵粉反應(yīng)干擾實(shí)驗(yàn)；
（4）裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al+N₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlN；
Ⅱ、測(cè)定產(chǎn)品純度
（5）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明：裝置D的產(chǎn)品中含有Al單質(zhì)取D中少量產(chǎn)品于試管中，加入足量稀硫酸，有無色、無味的可燃性氣體生成，則產(chǎn)品中含有鋁單質(zhì)；
（6）測(cè)定產(chǎn)品純度：取裝置D中產(chǎn)品4.37g，加入足量NaOH濃溶液，通入水蒸氣，將生成的氣體全部蒸出，用V₁ mL c₁ mol•L^-1的鹽酸吸收，以酚酞作指示劑，用c₂ mol•L^-1的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定過量的鹽酸，達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)，消耗V₂ mL NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液，則：
①達(dá)到滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象為滴入最后一滴氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)液時(shí)，溶液的顏色從無色恰好變?yōu)闇\紅色，且半分鐘不變色；
②產(chǎn)品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{（{V}_{1}mL×1{0}^{-3}L/mL×{C}_{1}mol/L-{V}_{2}mL×1{0}^{-3}L/mL×{C}_{2}mol/L）×41g/mol}{4.37g}$（列出計(jì)算式即可）．

Answer 1

分析 （1）以空氣為原料制備AlN，高溫下，空氣中的二氧化碳、氧氣、和水蒸氣會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)，應(yīng)先用氫氧化鈉溶液除去二氧化碳，再用濃硫酸除去水蒸氣，最后用還原鐵粉除掉氧氣，進(jìn)而使氮?dú)夂弯X高溫反應(yīng)，最后用堿石灰阻止空氣進(jìn)入裝置，避免產(chǎn)品變質(zhì)；
（2）帶有活塞或旋塞的儀器要檢查是否漏水，分液漏斗帶玻璃活塞，需要檢漏；
（3）由圖中信息可知，裝置C中氫氧化鈉溶液的作用為吸收空氣中的二氧化碳，裝置A中還原鐵粉的作用為除去氧氣，故試劑B中試劑X為濃硫酸，其作用為干燥氮?dú)猓?br />（4）裝置D中鋁和純凈的氮?dú)夥磻?yīng)生成氮化鋁；
（5）氮化鋁和硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁和硫酸銨，鋁和硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁和氫氣，檢驗(yàn)氫氣的生成，即可證明有鋁單質(zhì)；
（6）①強(qiáng)堿滴定強(qiáng)酸時(shí)，酚酞：顏色由無色剛好變?yōu)闇\紅色，半分鐘不變色為達(dá)到滴定終點(diǎn)；
②根據(jù)關(guān)系式AlN～NH₃～HCl，NaOH～HCl列式計(jì)算．

解答 解：（1）以空氣為原料制備AlN，鋁和氧氣生成氧化鋁，高溫下，鋁和空氣中的水蒸氣能反應(yīng)生成氫氧化鋁和氫氣，高溫下，鋁和空氣中的二氧化碳能反應(yīng)生成氧化鋁和碳，二氧化碳、氧氣、和水蒸氣會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)，應(yīng)先用氫氧化鈉溶液除去二氧化碳（j→f，e），再用濃硫酸除去水蒸氣（e→d，c），最后用還原鐵粉除掉氧氣（c→ab）或（ba），進(jìn)而使氮?dú)夂弯X高溫反應(yīng)（gh（或hg）），AlN能緩慢水解，最后用堿石灰阻止空氣進(jìn)入裝置（i），避免產(chǎn)品變質(zhì)，
故答案為：fedcab（或ba）gh（或hg）；
（2）由圖中信息可知，該裝置中的分液漏斗帶玻璃活塞，洗凈后需檢漏，
故答案為：分液漏斗；
（3）高溫下，空氣中的二氧化碳、氧氣、和水蒸氣會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)，高溫下，鋁和空氣中的二氧化碳能反應(yīng)生成氧化鋁和碳，裝置C中氫氧化鈉溶液的作用為吸收空氣中的二氧化碳，鋁和氧氣生成氧化鋁，裝置A中還原鐵粉的作用為除去氧氣，故試劑B中試劑X為濃硫酸，其作用為干燥氮?dú)猓�避免水蒸氣進(jìn)入裝置A中與還原鐵粉反應(yīng)，
故答案為：吸收空氣中的水蒸氣，避免其與還原鐵粉反應(yīng)干擾實(shí)驗(yàn)；
（4）裝置D為氮化鋁生成的裝置，鋁和純凈的氮?dú)夥磻?yīng)，反應(yīng)方程式為：2Al+N₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlN，
故答案為：2Al+N₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlN；
（5）向含有氮化鋁和鋁的固體混合物中加入稀硫酸，氮化鋁生成硫酸鋁和硫酸銨，鋁生成硫酸鋁和氫氣，檢驗(yàn)氫氣的生成，即可證明有鋁單質(zhì)，
故答案為：取D中少量產(chǎn)品于試管中，加入足量稀硫酸，有無色、無味的可燃性氣體生成，則產(chǎn)品中含有鋁單質(zhì)；
（6）①強(qiáng)堿滴定強(qiáng)酸時(shí)，酚酞：顏色由無色剛好變?yōu)闇\紅色，達(dá)到滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象為滴入最后一滴氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)液時(shí)，溶液的顏色從無色恰好變?yōu)闇\紅色，且半分鐘不變色，
故答案為：滴入最后一滴氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)液時(shí)，溶液的顏色從無色恰好變?yōu)闇\紅色，且半分鐘不變色；
②由關(guān)系式AlN～NH₃～HCl，NaOH～HCl，可知n（AlN）=n（HCl）-n（NaOH），可計(jì)算產(chǎn)品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{（{V}_{1}mL×1{0}^{-3}L/mL×{C}_{1}mol/L-{V}_{2}mL×1{0}^{-3}L/mL×{C}_{2}mol/L）×41g/mol}{4.37g}$，
故答案為：$\frac{（{V}_{1}mL×1{0}^{-3}L/mL×{C}_{1}mol/L-{V}_{2}mL×1{0}^{-3}L/mL×{C}_{2}mol/L）×41g/mol}{4.37g}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查氮化鋁的制備，側(cè)重考查反應(yīng)流程理解、裝置的用途等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，關(guān)鍵在于能夠掌握實(shí)驗(yàn)操作的原理和注意事項(xiàng)，注意高溫下，空氣中的二氧化碳、氧氣、和水蒸氣會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)是該題的解答關(guān)鍵，題目難度中等．