Question

氮化鋁（AlN）是一種新型無(wú)機(jī)材料，廣泛應(yīng)用與集成電路生產(chǎn)領(lǐng)域．某氮化鋁中含有碳或氧化鋁雜質(zhì)，現(xiàn)用圖Ⅰ中的一些裝置來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)，使氮化鋁樣品和NaOH溶液反應(yīng)AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，根據(jù)反應(yīng)中所生成氨氣的體積來(lái)測(cè)定樣品中的氮化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來(lái)確定雜質(zhì)的成分（實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)管體積忽略不計(jì)）

（1）實(shí)驗(yàn)有關(guān)操作為：a、往錐形瓶中放入適量的AlN樣品：b、從分液漏斗往錐形瓶中加入過(guò)量的濃NaOH；c、檢驗(yàn)裝置的氣密性；d、測(cè)定收集到水的體積．正確的操作順序?yàn)?!--BA-->

 

．
（2）本試驗(yàn)中檢查裝置氣密性的方法是

 

．
（3）廣口瓶中的試劑X可選用

 

（填選項(xiàng)的標(biāo)號(hào)）．A  汽油    B  酒精    C  植物油    D  CCl₄
（4）廣口瓶的液體沒(méi)有裝滿（上方留有少量空間），實(shí)驗(yàn)測(cè)得NH₃的體積將

 

（填偏大、偏小或不變）．
（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，若觀察到錐形瓶中還有固體，則樣品中含有的雜質(zhì)是

 

．
（6）若實(shí)驗(yàn)中測(cè)得樣品的質(zhì)量為wg，氨氣的體積為aL（標(biāo)況下），則樣品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

（AlN的相對(duì)分子質(zhì)量為41，每22.4L氨氣質(zhì)量為17g）．
（7）有人改用圖Ⅱ裝置進(jìn)行同樣實(shí)驗(yàn)，通過(guò)測(cè)定燒杯中硫酸的增重來(lái)確定樣品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．你認(rèn)為是否可行？

 

（填入“可行”、“不可行”）．原因是

 

，改進(jìn)的方法為

 

．
（8）在mg 20%的氫氧化鈉溶液中滴加2～3滴酚酞試液，然后邊攪拌邊逐滴向其中加入硫酸鎂溶液，至溶液的紅色完全褪去時(shí)，濾去沉淀，稱得剩余溶液總質(zhì)量為3mg．
①計(jì)算所加硫酸鎂溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
②用N表示溶液中離子的數(shù)目，不同種離子用離子符號(hào)注明[如N （Na'）表示鈉離子的數(shù)目]，請(qǐng)建立坐標(biāo)系，繪制上述滴加過(guò)程中各種離子的數(shù)目隨溶液的不斷加入而變化的關(guān)系圖．

Answer 1

分析：（1）制取氣體時(shí)，為防止裝置漏氣應(yīng)在連接裝置后立即進(jìn)行裝置氣密性檢查，確定裝置不漏氣后，本著先加固體后加液體的原則加入藥品；最后進(jìn)行氣體的收集與測(cè)量；
（2）關(guān)閉分液漏斗的活塞，裝置內(nèi)形成封閉環(huán)境，如果對(duì)裝置進(jìn)行加熱，裝置內(nèi)氣體受熱體積變大，若氣密性良好，就會(huì)觀察到廣口瓶中右側(cè)導(dǎo)管水柱上升，恒溫時(shí)水柱并不回落；
（3）產(chǎn)生的氨氣極易溶于水，為防止氨氣溶于水需要把氣體與水隔離，因此應(yīng)選擇不能與氨氣產(chǎn)生作用的液體作為隔離液；
（4）本次實(shí)驗(yàn)的目的在于測(cè)定產(chǎn)生氣體的體積而不是收集純凈的氣體，因此，廣口瓶?jī)?nèi)的原有氣體不在測(cè)量范圍內(nèi)；
（5）氮化鋁、氧化鋁都可與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，形成偏鋁酸鈉溶液、水和氨氣，充分反應(yīng)后不會(huì)有固體物質(zhì)的殘留；而碳不能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)；
（6）樣品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

樣品中AlN的質(zhì)量

樣品質(zhì)量wg

×100%，因此，需要根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式，由產(chǎn)生氨氣的質(zhì)量計(jì)算參加反應(yīng)氮化鋁的質(zhì)量；
（7）氨氣能與硫酸反應(yīng)生成硫酸銨而使稀硫酸溶液質(zhì)量增加，但由于反應(yīng)較為劇烈而會(huì)使稀硫酸倒吸，而造成燒杯內(nèi)質(zhì)量不準(zhǔn)確；為避免該現(xiàn)象出現(xiàn)，可在導(dǎo)管末端安裝漏斗防止倒吸；
（8）①氫氧化鈉溶液呈堿性，可使無(wú)色酚酞變紅；氫氧化鈉與硫酸鎂溶液反應(yīng)，生成氫氧化鎂沉淀和硫酸鈉溶液，硫酸鈉溶液呈中性，當(dāng)恰好完全反應(yīng)時(shí)所得溶液不能使酚酞變紅而呈無(wú)色；根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式，由氫氧化鈉的質(zhì)量可計(jì)算恰好完全反應(yīng)時(shí)所加硫酸鎂的質(zhì)量；根據(jù)質(zhì)量守恒定律，所加硫酸鎂溶液的質(zhì)量=反應(yīng)后溶液質(zhì)量+氫氧化鎂沉淀質(zhì)量-氫氧化鈉溶液質(zhì)量；
②氫氧化鈉與硫酸鎂反應(yīng)生成氫氧化鎂沉淀和硫酸鈉，溶液中鈉離子數(shù)目不變，而隨硫酸鎂的滴加硫酸根離子不斷增多、氫氧根離子不斷減少，原溶液不含鎂離子且滴入硫酸鎂后馬上生成氫氧化鎂沉淀，所以滴加前后溶液中始終不含鎂離子．

解答：解：（1）應(yīng)先進(jìn)行裝置氣密性檢驗(yàn)，然后依次加入固體藥品、液體藥品，最后進(jìn)行氣體排出水的測(cè)量，確定產(chǎn)生氣體體積；
故答案為：cabd；
（2）通過(guò)加熱裝置內(nèi)氣體使氣體體積變大，如果裝置漏氣則不會(huì)觀察到裝置內(nèi)有明顯變化；如果氣密性良好，廣口瓶中右側(cè)導(dǎo)管水柱上升，恒溫時(shí)水柱并不回；
故答案為：關(guān)閉分液漏斗活塞，微熱錐形瓶，廣口瓶中右側(cè)導(dǎo)管水柱上升，恒溫時(shí)水柱并不回落；
（3）酒精、汽油和四氯化碳雖然都不能與氨氣發(fā)生反應(yīng)，但它們卻都極易揮發(fā)，揮發(fā)出來(lái)的氣體對(duì)實(shí)驗(yàn)有影響而且揮發(fā)完后不能再起到隔離氨氣與水接觸的作用；再加之酒精易溶于水四氯化碳密度比水大，都不能達(dá)到隔離的目的；而植物油既不溶于水也不揮發(fā)，可以把氨氣與水進(jìn)行隔離；
故答案為：C；
（4）本次實(shí)驗(yàn)的目的在于測(cè)定產(chǎn)生氣體的體積而不是收集純凈的氣體，因此，廣口瓶?jī)?nèi)的原有氣體不在測(cè)量?jī)?nèi)，不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響；
故答案為：不變；
（5）由于碳不能與氫氧化鈉溶液發(fā)生反應(yīng)，而氮化鋁、氧化鋁等遇氫氧化鈉溶液都能溶解而消失，因此，看到有固體殘留時(shí)，說(shuō)明原固體中含有碳；
故答案為：碳；
（6）設(shè)氮化鋁的質(zhì)量為x
AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑
41                  17
 y                

aL

22.4L

×17g

41

y

=

17

aL 22.4L ×17g

y=

41a

22.4

g
樣品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

41a 22.4

w

×100%=

4100a

22.4w

%
故答案為：

4100a

22.4w

%；
（7）氨氣極易溶于稀硫酸而出現(xiàn)倒吸，因此，該裝置不能準(zhǔn)確測(cè)量產(chǎn)生氨氣的量；可在導(dǎo)管末端連接漏斗倒扣在液面上，剛氨氣大量吸收時(shí)，燒杯內(nèi)液面下降而脫離接觸，可以防止稀硫酸的倒吸；
故答案為：不可行；氨氣極易被吸收，發(fā)生倒吸現(xiàn)象；燒杯導(dǎo)管的末端接一倒扣的漏斗來(lái)吸收氨氣（或其它合理答案）；
（8）①設(shè)：硫酸鎂的質(zhì)量為x，生成沉淀質(zhì)量為y．
2NaOH+MgSO₄═Na₂SO₄+Mg（OH）₂↓
80    120    142     58
0.2m   x             y

80

0.2m

=

120

x

 

80

0.2m

=

58

y

解得：x=0.3m y=0.145m
所加硫酸鎂溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

0.3m

3m+0.145m-m

×100%=14.0%
答：所加硫酸鎂溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.0%；
②反應(yīng)前后溶液中鈉離子數(shù)目不變，而氫氧根離子隨硫酸鎂的滴加不斷生成氫氧化鎂沉淀而減少；隨著硫酸鎂的滴加，溶液中的硫酸根離子不斷增加；溶液中始終不含鎂離子；
故答案為：如圖所示

點(diǎn)評(píng)：利用化學(xué)變化前后元素種類和質(zhì)量不變，可利用氨氣中N元素的質(zhì)量計(jì)算樣品中氮化鋁的質(zhì)量．