Question

氮化鋁（AIN）是一種新型無機材料，廣泛應用于集成電路生產領域。某化學研究小組利用氮氣、氧化鋁和活性炭制取氮化鋁，設計下圖實驗裝置。

試回答：
（1）實驗中用飽和NaNO₂與 NH₄C溶液制取氮氣的化學方程式為             。
（2）裝置中分液漏斗與蒸餾燒瓶之間的導管A的作用是          （填寫序號）。
a.防止NaNO₂飽和溶液蒸發   b.保證實驗裝置不漏氣  c.使NaNO₂飽和溶液容易滴下
（3）按圖連接好實驗裝置，檢查裝置氣密性的方法是                          。
（4）化學研究小組的裝置存在嚴重問題，請說明改進的辦法                     。
（5）反應結束后，某同學用下圖裝置進行實驗來測定氮化鋁樣品的質量分數（實驗中導管體積忽略不計）。已知：氮化鋁和NaOH溶液反應生成Na[Al(OH)₄]和氨氣
。
①廣口瓶中的試劑X最好選用       （填寫序號）。
a.汽油        b.酒精       c.植物油     d.CCl₄
②廣口瓶中的液體沒有裝滿（上方留有空間），則實驗測得NH₃的體積將    （填“偏大”、“偏小”、“不變”）。
③若實驗中稱取氮化鋁樣品的質量為10.0g，測得氨氣的體積為3.36L（標準狀況），則樣品中AlN的質量分數為           。

Answer 1

 （14分）（1）NaNO₂＋MH₄ClNaCl＋N₂↑＋2H₂O（2分） （2）c（2分）
（3）在干燥管D末端連接一導管，將導管插入燒杯中的液面下，用酒精燈微熱蒸餾燒瓶，導管口有氣泡冒出，撤掉酒精燈一段時間，導管內上升一段水柱，說明氣密性良好（其它答案合理即可）（2分）
（4）在干燥管D末端連一尾氣處理裝置（答案合理即可）（2分）
（5）①c ②不變 ③61.5%（每空2分，共6分）

試題分析：（1）飽和NaNO₂與 NH₄C溶液制取氮氣，則根據原子守恒可知，還應該有水和氯化鈉生成，因此實驗中用飽和NaNO₂與 NH₄C溶液制取氮氣的化學方程式為NaNO₂＋MH₄ClNaCl＋N₂↑＋2H₂O。
（2）由于蒸餾燒瓶中有氣體生成，壓強大，分液漏斗中的液體不易滴下。分液漏斗與蒸餾燒瓶之間的導管A連接后，可以保持壓強相同，使NaNO₂飽和溶液容易滴下，答案選c。
（3）一般常用空氣熱脹冷縮法，因此根據該實驗裝置的特點可知，檢查裝置氣密性的方法是在干燥管D末端連接一導管，將導管插入燒杯中的液面下，用酒精燈微熱蒸餾燒瓶，導管口有氣泡冒出，撤掉酒精燈一段時間，導管內上升一段水柱，說明氣密性良好。
（4）由于氮氣、氧化鋁和活性炭制取氮化鋁的同時，還有CO生成，所以必須有尾氣處理裝置，即在干燥管D末端連一尾氣處理裝置。
（5）①氮化鋁和NaOH溶液反應生成Na[Al(OH)₄]和氨氣，所以要通過排水法測量氨氣的體積，則根據氨氣極易溶于水可知，X應該是密度小于水與水不溶的試劑。汽油易揮發，a不正確。酒精和水互溶，四氯化碳密度大于水，因此選項bd均不正確。植物油密度小于水、不溶于水，c正確，答案選c。
②廣口瓶中的液體沒有裝滿（上方留有空間），由于排除的水是依據壓強差來完成的，所以對實驗結果不影響，即則實驗測得NH₃的體積將不變。
③測得氨氣的體積為3.36L（標準狀況），氨氣的物質的量是3.36L÷22.4L/mol＝0.15mol，則根據氮原子守恒可知，氮化鋁的物質的量是0.15mol，質量是0.15mol×41g/mol＝6.15g，所以品中AlN的質量分數為×100%＝61.5%。