Question

【題目】氮化鋁(AlN)是一種性能優異的新型材料，在許多領域有廣泛應用，前景廣闊。某化學小組模擬工業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：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將各儀器接口連接：e→c→d→___(根據實驗需要，上述裝置可使用多次)。

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

Ⅱ．氮化鋁純度(含Al2O3、C雜質)的測定

(方案i)甲同學用下圖裝置測定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)為準確測定生成氣體的體積，量氣裝置(虛線框內)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氣管之間沒有導管A連通，對所測AlN純度的影響是____(填“偏大”“偏小”或“不變”)

(方案ii)乙同學認為上述方案不可行，設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氮化鋁；D裝置用于制備氮化鋁；A裝置用于保護氮化鋁防止其水解；E裝置用于尾氣處理。可以通過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，或將其轉化為氧化鋁，根據樣品與氧化鋁的質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B裝置干燥后通入D裝置中與鋁和碳粉在高溫下發生反應可制備氮化鋁，由于氮化鋁在高溫下容易發生水解，故要用A裝置或B裝置進行保護，尾氣中含有污染大氣的一氧化碳，故要用E裝置進行處理，因此，按照氮氣氣流方向將各儀器接口連接：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裝置內氯化鈀溶液的作用可能是吸收CO，防止污染空氣。

(3)為準確測定生成氣體的體積，量氣裝置(虛線框內)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氣管之間沒有導管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后，可以得到主要成分為C的濾渣，其質量為m1g；樣品中的氮化鋁和氧化鋁均轉化為偏鋁酸鈉進入濾液，向其中通入過量的二氧化碳后，偏鋁酸鈉轉化為氫氧化鋁沉淀，煅燒該沉淀得到氧化鋁的質量為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量為(m1-m2)g，最后得到氧化鋁的質量為m3g，質量增大了m3g -(m1-m2)g=()g，這兩個質量的變化是由氮化鋁轉化為氧化鋁所引起的。由鋁元素守恒可以得到關系式2AlN~Al2O3，即2mol氮化鋁可以轉化為1mol氧化鋁，質量增大了20g，所以，樣品中AlN的物質的量為，其質量為，則AlN的純度是。