Question

氮化鋁（AlN）是新型的電子絕緣基片材料，用于大型和超大
型集成電路中．在高溫下氮氣、碳和三氧化二鋁反應(yīng)可以生成氮化鋁微晶粉體和一氧化碳，用此方法制得的氮化鋁中含有少量雜質(zhì)碳和氧化鋁．某校化學(xué)興趣小組利用上述反應(yīng)原理制取并測定所得樣品中氮化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
查閱資料：（1）Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O；　（2）AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑．氨氣易與酸反應(yīng)．
設(shè)計實驗：
實驗一：制取氮化鋁樣品

實驗步驟	相關(guān)化學(xué)反應(yīng)方程式
1．除去空氣中粉塵、二氧化碳、干燥后，再除去氧氣．	除去氧氣的化學(xué)反應(yīng)方程式為 2Cu+O2  高溫  .   2CuO
2．用上述制得的氮氣通入裝有碳和三氧化二鋁硬質(zhì)玻璃管中高溫制取氮化鋁樣品（如圖1）．	裝置中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)方程式為 N2+3C+Al2O3  高溫  .   2AlN+3CO

實驗二：測定所制氮化鋁樣品中氮化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
①按圖2組裝儀器，將9.1g氮化鋁樣品放入錐形瓶中，在分液漏斗中加入一定量的濃NaOH溶液
②稱得盛有稀鹽酸的燒杯和漏斗的總質(zhì)量為200g
③打開止水夾C，從分液漏斗向錐形瓶中滴入濃NaOH溶液，直到不再產(chǎn)生氣體為止
④打開止水夾B，從導(dǎo)管A處緩緩鼓入一定量的空氣
⑤再次稱量盛有稀鹽酸的燒杯和漏斗的質(zhì)量和為203.4g
⑥重復(fù)實驗④⑤步驟后稱得盛有稀鹽酸的燒杯和漏斗的總質(zhì)量仍為203.4g
實驗討論：（1）步驟①加入樣品前還應(yīng)檢查

 

．
（2）裝有堿石灰的干燥管作用是

 

；裝置中使用漏斗的目的是

 

．
（3）圖2燒杯中稀鹽酸不能換成濃鹽酸的理由是

 

；圖2燒杯中稀鹽酸不能換成濃硫酸的理由是

 

；圖2燒杯中稀鹽酸能否換成稀硫酸

 

．
（4）步驟④的目的是

 

．
實驗結(jié)論：所制氮化鋁樣品中氮化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

%（寫計算過程，4分）．
事故處理：實驗中，小明不小心將盛有約50mL的濃NaOH溶液打翻在桌面上．這時他應(yīng)該采取的措施是：

 

．
拓展探究：（1）實驗后剩余的濃NaOH溶液

 

（能或不能）放回原試劑瓶，寫出NaOH溶液露置在空氣中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式

 

．
（2）本著節(jié)約藥品的原則，同時又要確保實驗順利獲得成功．則實驗二中至少應(yīng)準(zhǔn)備40%濃NaOH溶液

 

g（寫計算過程，4分）．

Answer 1

分析：【實驗一】
1、用灼熱的銅網(wǎng)除去空氣中的氧氣；
2、根據(jù)對反應(yīng)的說明，在高溫下氮氣、碳和三氧化二鋁反應(yīng)可以生成氮化鋁粉和一氧化碳，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
【實驗二】
【實驗討論】（1）根據(jù)對實驗操作中需要確保裝置氣密性的認(rèn)識，判斷實驗開始之前應(yīng)進(jìn)行的操作；
（2）根據(jù)裝置中藥品或儀器的使用方法，分析實驗中所涉及裝置的作用，判斷所指定裝置對實驗的影響；
（3）對比稀鹽酸、濃鹽酸、濃硫酸與稀硫酸在實驗中作用的異同來判斷；
（4）分析緩緩?fù)ㄈ肟諝獾牟僮鲗�實驗中殘留氣體的影響，推斷該操作在實驗過程中的目的；
【實驗結(jié)論】利用所測得氨氣的質(zhì)量，根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式計算出樣品中氮化鋁的質(zhì)量，從而求出樣品中氮化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
事故處理：利用氫氧化鈉的性質(zhì)解答；
拓展探究：（1）剩余的剩余的濃NaOH溶液不能放回原試劑瓶，以免污染藥品；
（2）利用AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，求出NaOH的質(zhì)量，進(jìn)而求出濃氫氧化鈉溶液的質(zhì)量．

解答：解：【實驗一】
（1）用灼熱的銅網(wǎng)除去空氣中的氧氣，化學(xué)方程式為：2Cu+O₂

高溫  .

2CuO；
（2）根據(jù)信息：在高溫下氮氣、碳和三氧化二鋁反應(yīng)可以生成氮化鋁粉和一氧化碳，裝置D中發(fā)生反應(yīng)化學(xué)方程式為：N₂+3C+Al₂O₃

高溫  .

2AlN+3CO；
【實驗二】
【實驗討論】（1）在進(jìn)行實驗前要確保裝置氣密性良好，因此應(yīng)先進(jìn)行氣密性的檢查；
（2）堿石灰能吸收氣體中的水，防止水對測量質(zhì)量的影響；使用漏斗進(jìn)行氨氣的吸收，可以防止吸收過程中造成溶液的倒吸；
（3）濃鹽酸具有揮發(fā)性，使測量氨氣質(zhì)量偏小；若使用濃硫酸，濃硫酸吸收空氣中的水，使得測量氨氣質(zhì)量偏大，而使結(jié)果偏大；可以用稀硫酸代替鹽酸；
（4）從導(dǎo)管A處緩緩鼓入一定量的空氣，可以使裝置內(nèi)殘留的氨氣全部被稀硫酸吸收，以保證實驗的準(zhǔn)確性；
【實驗結(jié)論】反應(yīng)生成氨氣的質(zhì)量=203.4g-200g=3.4g，設(shè)氮化鋁的質(zhì)量為xg
AlN+NaOH+H₂O═NaAlO₂+NH₃↑
41                   17
x                    3.4g

41

x

=

17

3.4

            
x=8.2
樣品中的氮化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

8.2

9.1

×100%=90%．
事故處理：濃氫氧化鈉具有強(qiáng)腐蝕性，不小心將盛有約50mL的濃NaOH溶液打翻在桌面上，立即用稀醋酸中和，然后用水沖洗，再用抹布擦干．
拓展探究：（1）實驗后剩余的濃NaOH溶液不能放回原試劑瓶，以免污染藥品；NaOH溶液露置在空氣中和二氧化碳反應(yīng)，化學(xué)方程式為：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O；
（2）利用AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，求出NaOH的質(zhì)量，進(jìn)而求出濃氫氧化鈉溶液的質(zhì)量；
設(shè)ygNaOH與8.2gAlN完全反應(yīng)
AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑
41    40
8.2g   yg

41

8.2

=

40

y

   
y=8
濃氫氧化鈉溶液的質(zhì)量：8÷40%=20g．
故答案為：
【實驗一】
（1）2Cu+O₂

高溫  .

2CuO；（2）N₂+3C+Al₂O₃

△   .

2AlN+3CO；
【實驗二】
【實驗討論】（1）裝置氣密性；
（2）除去氣體中的水；防止液體倒吸；
（3）濃鹽酸具有揮發(fā)性；濃硫酸具有吸水性；能；
（4）使反應(yīng)產(chǎn)生的氨氣充分吸收；
【實驗結(jié)論】反應(yīng)生成氨氣的質(zhì)量=203.4g-200g=3.4g，
設(shè)氮化鋁的質(zhì)量為x
AlN+NaOH+H₂O═NaAlO₂+NH₃↑
41                   17
x                   3.4g

41

x

=

17

3.4g

x=8.2g
樣品中的氮化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

8.2g

9.1g

×100%=90%；
事故處理：立即用稀醋酸中和，然后用水沖洗，再用抹布擦干；
拓展延伸：（1）不能，2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O；
（2）設(shè)ygNaOH與8.2gAlN完全反應(yīng)
AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑
41    40
8.2g   yg

41

8.2

=

40

y

   
y=8
濃氫氧化鈉溶液的質(zhì)量：8÷40%=20g．
故答案為：20

點評：通過閱讀整個實驗過程，理解實驗的原理、操作方法及實驗?zāi)康模瑸榻獯鸫祟悊栴}所要著力完成的基礎(chǔ)．