Question

17．氮化鋁（AlN）是一種新型無機材料，廣泛應用于集成電路生產領域．某化學研究小組利用Al₂O₃+3C+N₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlN+3CO制取氮化鋁，設計如圖1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NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O．
（2）裝置中分液漏斗與蒸餾燒瓶之間的導管A的作用是c（填寫序號）．
a．防止NaNO₂飽和溶液蒸發   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，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，導管內上升一段水柱，證明氣密性良好．
（4）化學研究小組的裝置存在嚴重問題，請說明改進的辦法在干燥管D末端連接一個尾氣處理裝置．
（5）反應結束后，某同學用圖2裝置進行實驗測定氮化鋁樣品的質量分數（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c（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的體積將不變（填“偏大”、“偏小”或“不變”）．
③若實驗中稱取氮化鋁樣品的質量為10.0g，測得氨氣的體積為3.36L（標準狀況），則樣品中AlN的質量分數為61.5%．

Answer 1

分析 制取氮化鋁：用飽和NaNO₂與NH₄Cl溶液制取氮氣NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O，裝置中分液漏斗與蒸餾燒瓶之間的導管A，平衡內外壓強，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+N₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlN+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）根據實驗的需要結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量，進而根據方程式求出氮化鋁的質量．
①產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根據氨氣的體積計算出物質的量，得出其中氮原子的物質的量，根據氮原子守恒，來計算氮化鋁的百分含量．

解答 解：制取氮化鋁：用飽和NaNO₂與NH₄Cl溶液制取氮氣NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O，裝置中分液漏斗與蒸餾燒瓶之間的導管A，平衡內外壓強，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+N₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlN+3CO，D防止空氣進入反應裝置干擾實驗，
（1）飽和NaNO₂與 NH₄Cl溶液反應生成氯化鈉、氮氣和水，反應為NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O，
故答案為：NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+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）關閉分液漏斗開關，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：在干燥管D末端連接一導管，將導管插入燒杯中的液面下，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生反應，但它們卻都極易揮發，揮發出來的氣體對實驗有影響而且揮發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，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，不會對測量結果產生影響，
故答案為：不變； 
③氨氣的體積為3.36L（標準狀況），物質的量是0.15mol，所以氮化鋁的物質的量是0.15mol，質量是0.15mol×41g/mol=6.15g，所以氮化鋁的質量分數為
$\frac{6.15}{10}$×100%=61.5%，
故答案為：61.5%．

點評 本題考查對實驗原理的理解與實驗操作評價、物質含量測定、化學計算等，題目難度中等，理解實驗原理是關鍵，是對所學知識的綜合運用，需要學生具備扎實的基礎知識與綜合運用知識分析問題、解決問題的能力，學習中全面把握基礎知識．