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．某興趣小組開展了制取氮化鋁并測定所得樣品中氮化鋁的質量分數的實驗．
【實驗一】制取氮化鋁樣品
【查閱資料】在高溫下氮氣、碳和三氧化二鋁反應可以生成氮化鋁粉和一氧化碳，用此方法制得的氮化鋁中含少量雜質碳和氧化鋁．
【實驗設計】興趣小組的同學分成甲、乙兩組，分別設計了實驗．
甲組：利用空氣為原料，除去其它成分來獲得氮氣，進而和碳、三氧化二鋁反應制取氮化鋁．
請回答：
（1）如果洗氣瓶A、B中的溶液互換位置，則空氣中的______將不能除去；
（2）寫出D中反應的化學方程式______ 2AlN+3CO

Answer 1

【答案】分析：【實驗一】
甲組：（1）根據氫氧化鈉溶液與濃硫酸在實驗中的作用，分析當兩種裝置互換位置對實驗的影響；
（2）根據對反應的說明，在高溫下氮氣、碳和三氧化二鋁反應可以生成氮化鋁粉和一氧化碳，寫出反應的化學方程式；
乙組：根據實驗中所出現的現象，推斷ⅰ中發生的反應，寫出該反應的化學方程式；
【實驗反思】（1）對比兩種實驗方案，對反應后生成CO的處理進行分析，判斷實驗設計中的問題；
（2）對比兩種實驗方案，對獲得氮氣的實驗過程進行比較，評價獲得氮氣方案的優缺點；
【實驗二】
【實驗反思】根據資料中氨氣易溶于水的信息，分析實驗中存在的用排水法測定氨氣體積中的問題，判斷該問題對實驗結果的影響；
【實驗討論】（1）根據對實驗操作中需要確保裝置氣密性的認識，判斷實驗開始之前應進行的操作；
（2）根據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）對比濃硫酸與稀硫酸在實驗中作用的異同，判斷用濃硫酸代替稀硫酸對實驗結果的影響；
（4）分析緩緩通入空氣的操作對實驗中殘留氣體的影響，推斷該操作在實驗過程中的目的；
【實驗結論】利用所測得氨氣的質量，根據反應的化學方程式計算出樣品中氮化鋁的質量，從而求出樣品中氮化鋁的質量分數．
解答：解：【實驗一】
甲組：（1）氫氧化鈉溶液吸收空氣中二氧化碳，濃硫酸吸收通過氫氧化鈉溶液的氣體中的水，若兩裝置交換位置，則氣體中的水不能被吸收；
（2）根據信息：在高溫下氮氣、碳和三氧化二鋁反應可以生成氮化鋁粉和一氧化碳，裝置D中發生反應化學方程式為：N₂+3C+Al₂O₃2AlN+3CO；
乙組：把氨氣通入盛有氧化銅的玻璃管i，加熱后觀察到玻璃管內固體變成紅色，說明有銅生成，裝置ii中濃硫酸質量增加，說明生成了水，結合該反應能得到氮氣的實驗目的，裝置i中發生反應的化學方程式為2NH₃+3CuO3Cu+3H₂O+N₂；
【實驗反思】（1）生成氮化鋁的過程中產生的CO是一種有毒氣體，直接排放到空氣中會造成空氣的污染，因此實驗中沒有對尾氣進行處理會造成空氣污染；
（2）甲組利用空氣中含有78%的氮氣資源獲得氮氣，相對較乙組由氨氣獲得的方法而言，甲組的實驗不受實驗室藥品的限制；而甲組需要經過三步實驗才能得到氮氣，而乙組一步實驗即獲得了氮氣，所以，甲組實驗相對繁瑣；
【實驗二】
【實驗反思】實驗過程中測量氨氣體積時，氣體體積會受壓強的不同而造成較大誤差，而且實驗中用排出水的方法測量體積，由于氨氣易溶于水，所測得體積一定會小于實際體積，導致結果偏小；
【實驗討論】（1）在進行實驗前要確保裝置氣密性良好，因此應先進行氣密性的檢查；
（2）堿石灰能吸收氣體中的水，防止水對測量質量的影響；使用漏斗進行氨氣的吸收，可以防止吸收過程中造成溶液的倒吸；
（3）若使用濃硫酸，濃硫酸吸收空氣中的水，使得測量氨氣質量偏大，而使結果偏大；
（4）從導管A處緩緩鼓入一定量的空氣，可以使裝置內殘留的氨氣全部被稀硫酸吸收，以保證實驗的準確性；
【實驗結論】反應生成氨氣的質量=203.4g-200g=3.4g，設氮化鋁的質量為x
AlN+NaOH+H₂O═NaAlO₂+NH₃↑
41                   17
x                    3.4g
=  x=8.2g
樣品中的氮化鋁的質量分數=×100%=90%．
故答案為：
【實驗一】
甲組：（1）水；（2）N₂+3C+Al₂O₃2AlN+3CO；
乙組：2NH₃+3CuO3Cu+3H₂O+N₂；
【實驗反思】（1）未對反應生成的CO進行處理而直接排放到空氣中；（2）甲組利用空氣獲得氮氣，可以不受藥品限制，但操作方法過于繁瑣；
【實驗二】
【實驗反思】沒有考慮氨氣溶于水而會使測定結果偏小；體積的測量會因壓強等其它因素的影響而不準確；
【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）偏大；（4）使反應產生的氨氣充分吸收；
【實驗結論】反應生成氨氣的質量=203.4g-200g=3.4g，設氮化鋁的質量為x
AlN+NaOH+H₂O═NaAlO₂+NH₃↑
41                   17
x                   3.4g
= x=8.2g
樣品中的氮化鋁的質量分數=×100%=90%．
點評：通過閱讀整個實驗過程，理解實驗的原理、操作方法及實驗目的，為解答此類問題所要著力完成的基礎．