Question

【題目】近兩年來無人駕駛汽車的大熱使得激光雷達成為人們關注的焦點，激光雷達的核心部件需要一種氮化鋁(A1N)導熱陶瓷片。下圖是從鋁土礦(主要成分為A12O3,還含有少量SiO2、 Fe2O3等雜質)中提取A12O3并生產A1N的工藝流程：

(1)“溶解”時，已知溶液中的硅酸鈉與偏鋁酸鈉可發生反應：2Na2SiO3+2NaA1O2+2H2O=== Na2Al2Si2O8↓ +4NaOH。赤泥的主要成分除了生成的Na2Al2Si2O8還有________(寫出化學式)，Na2Al2Si2O8用氧化物的形式表示為______________________________________________________。

(2) “酸化”時通入過量CO2與NaA1O2反應生成NaHCO3 和另一種白色沉淀，試寫出該反應的化學方程式________________________________；實驗室過濾需用到的玻璃儀器有燒杯、_____________________、玻璃棒。

(3)“還原”時，炭黑在高溫下被氧化為CO,反應的化學方程式為_____________；

(4)已知：AlN+NaOH + H2O===NaA1O2+NH3 ↑。現取氮化鋁樣品5.0 g(假設雜質只含有炭黑)加到100 mL 1. 0 mol L-1的NaOH溶液中恰好反應完，則該樣品中A1N的質量分數為 ___________________。

Answer 1

【答案】Fe2O3 Na2OAl2O32SiO2 NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3 漏斗 Al2O3＋N2＋3C2AlN＋3CO ↑ 82%

【解析】

鋁土礦(主要成分為A12O3,還含有少量SiO2、 Fe2O3等雜質)，鋁土礦中加入氫氧化鈉溶液，SiO2和A12O3溶于氫氧化鈉溶液，溶液中的硅酸鈉與偏鋁酸鈉發生反應：2Na2SiO3+2NaA1O2+2H2O=== Na2Al2Si2O8↓ +4NaOH，氧化鐵不溶于氫氧化鈉溶液，所以過濾得到的赤泥為Fe2O3、Na2Al2Si2O8，濾液主要為偏鋁酸鈉溶液，偏鋁酸鈉溶液中通入過量的二氧化碳酸化得到的沉淀為氫氧化鋁，過濾得到的濾液主要為NaHCO3溶液，氫氧化鋁灼燒得到氧化鋁，氧化鋁、碳黑、氮氣在高溫下生成氮化鋁，同時碳被氧化為CO，據此解答此題。

（1）氧化鐵與氫氧化鈉不反應，則赤泥的主要成分為Fe2O3、Na2Al2Si2O8，Na2Al2Si2O8用氧化物的形式表示為Na2OAl2O32SiO2；

答案為：Fe2O3 ；Na2OAl2O32SiO2 ；

（2）“酸化”時通入過量CO2與NaA1O2反應生成Al(OH)3，反應的化學方程式為：NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3；實驗室過濾需用到的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒；

答案為：NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3；漏斗；

（3）氧化鋁、碳黑、氮氣在高溫下生成氮化鋁，同時碳黑被氧化為CO，反應的化學方程式為：Al2O3＋N2＋3C2AlN＋3CO ↑；

答案為：Al2O3＋N2＋3C2AlN＋3CO ↑；漏斗；

（4）加到100 mL 1. 0 mol L-1的NaOH溶液中恰好反應完，則n(NaOH)=0.1L1.0mol/L=0.1mol，根據反應AlN+NaOH + H2O===NaA1O2+NH3 ↑可知，n(AlN)= n(NaOH)=0.1mol，所以AlN的質量分數為： ；

答案為：82%；