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碳和氧化鋁．某校化學興趣小組利用上述反應原理制取并測定所得樣品中氮化鋁的質量分數．
查閱資料：（1）Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O；　（2）AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑．氨氣易與酸反應．
設計實驗：
實驗一：制取氮化鋁樣品

實驗步驟	相關化學反應方程式
1．除去空氣中粉塵、二氧化碳、干燥后，再除去氧氣．	除去氧氣的化學反應方程式為 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玻璃管中高溫制取氮化鋁樣品（如圖1）．	裝置中發生化學反應的化學方程式為 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量分數
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，直到不再產生氣體為止
④打開止水夾B，從導管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量和為203.4g
⑥重復實驗④⑤步驟后稱得盛有稀鹽酸的燒杯和漏斗的總質量仍為203.4g
實驗討論：（1）步驟①加入樣品前還應檢查

 

．
（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

 

．
實驗結論：所制氮化鋁樣品中氮化鋁的質量分數為

 

%（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生的化學反應方程式

 

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

 

g（寫計算過程，4分）．

Answer 1

分析：【實驗一】
1、用灼熱的銅網除去空氣中的氧氣；
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；
【實驗二】
【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．
事故處理：利用氫氧化鈉的性質解答；
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的質量，進而求出濃氫氧化鈉溶液的質量．

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

高溫  .

2CuO；
（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+Al₂O₃

高溫  .

2AlN+3CO；
【實驗二】
【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）濃鹽酸具有揮發性，使測量氨氣質量偏小；若使用濃硫酸，濃硫酸吸收空氣中的水，使得測量氨氣質量偏大，而使結果偏大；可以用稀硫酸代替鹽酸；
（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量分數=

8.2

9.1

×100%=90%．
事故處理：濃氫氧化鈉具有強腐蝕性，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，化學方程式為：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O；
（2）利用AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，求出NaOH的質量，進而求出濃氫氧化鈉溶液的質量；
設ygNaOH與8.2gAlN完全反應
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）濃鹽酸具有揮發性；濃硫酸具有吸水性；能；
（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

41

x

=

17

3.4g

x=8.2g
樣品中的氮化鋁的質量分數=

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ygNaOH與8.2gAlN完全反應
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、操作方法及實驗目的，為解答此類問題所要著力完成的基礎．