Question

【題目】氮化鋁(AlN)是一種性能優(yōu)異的新型材料，在許多領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，前景廣闊。某化學(xué)小組模擬工業(yè)制氮化鋁原理欲在實驗室制備氮化鋁并檢驗其純度。

查閱資料：①實驗室用飽和NaNO2溶液與NH4C1溶液共熱制N2：NaNO2+NH4Cl NaCl+N2↑+2H2O

②工業(yè)制氮化鋁：Al2O3+3C+N2 2AlN+3CO，氮化鋁在高溫下能水解。

③AlN與NaOH飽和溶液反應(yīng)：AlN+NaOH+H2O= NaAlO2+NH3↑。

I．氮化鋁的制備

(1)實驗中使用的裝置如上圖所示，請按照氮氣氣流方向?qū)⒏鲀x器接口連接：e→c→d→___(根據(jù)實驗需要，上述裝置可使用多次)。

(2)B裝置內(nèi)的X液體可能是____，E裝置內(nèi)氯化鈀溶液的作用可能是_____。

Ⅱ．氮化鋁純度(含Al2O3、C雜質(zhì))的測定

(方案i)甲同學(xué)用下圖裝置測定AlN的純度(部分夾持裝置已略去)，且不考慮NH3在NaOH濃溶液中的溶解。

(3)為準(zhǔn)確測定生成氣體的體積，量氣裝置(虛線框內(nèi))中的Y液體可以是___。

a．CCl4 b．H2O c． NH4Cl飽和溶液 d． 植物油

(4)若裝置中分液漏斗與導(dǎo)氣管之間沒有導(dǎo)管A連通，對所測AlN純度的影響是____(填“偏大”“偏小”或“不變”)

(方案ii)乙同學(xué)認(rèn)為上述方案不可行，設(shè)計以下步驟測定樣品中AlN的純度。

(5)步驟②通入過量_____(填化學(xué)式)氣體。

(6)步驟③過濾所需要的主要玻璃儀器有______。

(7)樣品中AlN的純度是_____(用含m1、m2、m3的表達(dá)式表示)。

Answer 1

【答案】f(g) →g(f) →a→b→i(或f(g) →g(f) →c→d→i) 濃硫酸 吸收CO，防止污染 ad 偏大 CO2 玻璃棒、漏斗、燒杯

【解析】

由題中信息可知，C裝置用于制備氮氣；B裝置用于干燥氮氣或用于保護(hù)氮化鋁；D裝置用于制備氮化鋁；A裝置用于保護(hù)氮化鋁防止其水解；E裝置用于尾氣處理�？梢酝ㄟ^測定樣品與氫氧化鈉溶液生成的氨氣的體積，來確定樣品的純度，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為氧化鋁，根據(jù)樣品與氧化鋁的質(zhì)量差來測定樣品的純度。

(1)由分析可知，C裝置制備的氮氣經(jīng)B裝置干燥后通入D裝置中與鋁和碳粉在高溫下發(fā)生反應(yīng)可制備氮化鋁，由于氮化鋁在高溫下容易發(fā)生水解，故要用A裝置或B裝置進(jìn)行保護(hù)，尾氣中含有污染大氣的一氧化碳，故要用E裝置進(jìn)行處理，因此，按照氮氣氣流方向?qū)⒏鲀x器接口連接：e→c→d→f(g) →g(f) →a→b→i(或e→c→d→f(g) →g(f) →c→d→i)。

(2)B裝置用于干燥氮氣，其中的X液體可能是濃硫酸，E裝置內(nèi)氯化鈀溶液的作用可能是吸收CO，防止污染空氣。

(3)為準(zhǔn)確測定生成氣體的體積，量氣裝置(虛線框內(nèi))中的Y液體不能溶解氨氣，所給的幾種液體中，H2O和NH4Cl飽和溶液可以溶解氨氣，根據(jù)相似相溶原理可知，氨氣不易溶于CCl4和植物油，故Y液體可以選ad。

(4)若裝置中分液漏斗與導(dǎo)氣管之間沒有導(dǎo)管A連通，則所測的氣體體積中包括了所加的氫氧化鈉溶液排出的空氣，導(dǎo)致所測氨氣的體積偏大，所測AlN的純度偏大。

(5)由實驗流程可知，樣品與過量的氫氧化鈉溶液充分反應(yīng)后，可以得到主要成分為C的濾渣，其質(zhì)量為m1g；樣品中的氮化鋁和氧化鋁均轉(zhuǎn)化為偏鋁酸鈉進(jìn)入濾液，向其中通入過量的二氧化碳后，偏鋁酸鈉轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀，煅燒該沉淀得到氧化鋁的質(zhì)量為m3g。所以，步驟②通入過量CO2氣體。

(6)步驟③過濾所需要的主要玻璃儀器有：玻璃棒、漏斗、燒杯。

(7)由上述分析可知，樣品中氧化鋁和氮化鋁的質(zhì)量為(m1-m2)g，最后得到氧化鋁的質(zhì)量為m3g，質(zhì)量增大了m3g -(m1-m2)g=()g，這兩個質(zhì)量的變化是由氮化鋁轉(zhuǎn)化為氧化鋁所引起的。由鋁元素守恒可以得到關(guān)系式2AlN~Al2O3，即2mol氮化鋁可以轉(zhuǎn)化為1mol氧化鋁，質(zhì)量增大了20g，所以，樣品中AlN的物質(zhì)的量為，其質(zhì)量為，則AlN的純度是。