Question

氮化鋁（AlN）是一種新型的無機(jī)材料，廣泛應(yīng)用于集成電路生產(chǎn)領(lǐng)域．某氮化鋁樣品中含有碳或氧化鋁雜質(zhì)，現(xiàn)用圖I裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使氮化鋁樣品與NaOH溶液反應(yīng)（反應(yīng)的化學(xué)方程式為AlN+NaOH+H₂O═NaAlO₂+NH₃↑），根據(jù)反應(yīng)所生成的氨氣的體積來測定樣品中氮化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象確定雜質(zhì)的成分．實(shí)驗(yàn)過程記錄如下：

a．檢查裝置的氣密性；
b．往圖I裝置的錐形瓶中放入適量氮化鋁樣品，從分液漏斗往錐形瓶中加入過量濃NaOH溶液，立即發(fā)生劇烈反應(yīng)，生成的氨將廣口瓶中的水排入量筒中；
c．實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，測量量筒中收集到的水的體積（包括由廣口瓶到量筒的導(dǎo)管內(nèi)的水柱的體積），進(jìn)行計(jì)算．
（1）檢査A裝置氣密性的方法是

 

（2）B裝置廣口瓶中的試劑X宜選用

 

 （填下列選項(xiàng)字母）
A．汽油   B．酒精   C．植物油   D．四氯化碳
（3）B裝置廣口瓶中的液體沒有裝滿（上方留有少量空間），實(shí)驗(yàn)結(jié)果測得的NH₃的體積將

 

．（填“偏大”、“偏小”或“無影響”）．
（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，若觀察到A裝置錐形瓶中還有固體，則樣品中含有的雜質(zhì)是

 

．
（5）若稱取wg樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)完成時測得氨氣的體積為aL（已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況），則樣品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

 （用含w、a的關(guān)系式表示，不用化簡）．
（6）有人改用上圖D裝置進(jìn)行同樣實(shí)驗(yàn)，通過測定E裝置增加的質(zhì)量來確定樣品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．你認(rèn)為兩種實(shí)驗(yàn)方案中

 

更好（填“圖I”或“圖Ⅱ”）．理由是

 

．

Answer 1

分析：（1）只要先將裝置密封再利用熱脹冷縮原理進(jìn)行氣密性驗(yàn)證；
（2）根據(jù)廣口瓶中的試劑X的作用考慮；
（3）根據(jù)反應(yīng)前后廣口瓶的上方留有的少量空間填充氣體變化考慮；
（4）根據(jù)雜質(zhì)是否與氫氧化鈉溶液反應(yīng)考慮；
（5）先根據(jù)每22.4L氨氣質(zhì)量為17g，計(jì)算出氨氣的體積為aL的質(zhì)量，再根據(jù)方程式計(jì)算出AlN的質(zhì)量，再除以wg乘以百分之百；
（6）根據(jù)氨氣能溶于硫酸，氨氣完全被硫酸吸收，準(zhǔn)確測定氨氣的體積是實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵來回答．

解答：解：（1）根據(jù)氣壓原理，檢驗(yàn)裝置氣密性的方法是：關(guān)閉分液漏斗開關(guān)，使裝置處于密閉體系，將導(dǎo)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(nèi)氣體受熱膨脹，如果導(dǎo)管口有氣泡冒出，說明氣密性良好，否則裝置漏氣，
故答案為：關(guān)閉分液漏斗開關(guān)，使裝置處于密閉體系，將導(dǎo)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(nèi)氣體受熱膨脹，如果導(dǎo)管口有氣泡冒出，說明氣密性良好，否則裝置漏氣；
（2）廣口瓶中的試劑X的作用是將氨氣與水隔開，因?yàn)榘睔鈽O易溶于水，由于酒精能以任意比例與水互溶，所以不能用酒精，要用植物油將氨氣與水隔開，水不溶于油，
故答案為：C；
（3）反應(yīng)前廣口瓶的上方留有的少量空間填充的是空氣，反應(yīng)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，把最后空間中沖入的氨氣當(dāng)成開始時的空氣即可，所以對實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有影響，故答案為：無影響；
（4）氮化鋁中含有碳或氧化鋁雜質(zhì)，氧化鋁易溶于NaOH溶液，而實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，若觀察到錐形瓶中還有固體，說明固體不溶于氫氧化鈉溶液，所以雜質(zhì)是碳，
故答案為：碳；
（5）根據(jù)每22.4L氨氣質(zhì)量為17g，計(jì)算出氨氣的體積為aL的質(zhì)量：

17a

22.4L/mol

，設(shè)生成這些氨氣，需要參加反應(yīng)的氮化鋁質(zhì)量為X則：
AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑
41                  17
X                  

17a

22.4

根據(jù)：

41

17

=

X

17a 22.4

解得X=

41a

22.4

，所以樣品中AlN的質(zhì)量數(shù)為：

41a

22.4w

×100%=

41a

22.4w

×100%，故答案為：

41a

22.4w

×100%；
（6）圖Ⅰ裝置可以準(zhǔn)確的測定氨氣的體積，準(zhǔn)確計(jì)算氮化鋁的百分含量，但是按照裝置Ⅱ進(jìn)行試驗(yàn)，反應(yīng)生成的氨不可能完全被硫酸吸收，這樣會導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性差，故答案為：圖Ⅰ；如果按照裝置Ⅱ進(jìn)行試驗(yàn)，反應(yīng)生成的氨不可能完全被硫酸吸收，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性差．

點(diǎn)評：解答本題要知道制取氣體的一般步驟，知道用排水法測定氣體體積的方法，由于氨氣極易溶于水，要用植物油將氨氣與水分開；知道代入方程式計(jì)算的數(shù)值只能是質(zhì)量，必須把體積換算成質(zhì)量再進(jìn)行列比例式計(jì)算．