Question

【題目】氮化鋁(AlN)陶瓷是一種新型無機(jī)非金屬材料，利用它較高的體積電阻率、絕緣強(qiáng)度大、導(dǎo)熱性能好，可用作大功率半導(dǎo)體器件的絕緣基片、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的散熱基片和封裝基片。工業(yè)上可用氮?dú)夂弯X在高溫下直接化合法來制備氮化鋁粉體(AlN粉體在潮濕的空氣中易發(fā)生水解反應(yīng))。已知：實(shí)驗(yàn)室可用飽和亞硝酸鈉(NaNO2)溶液和氯化銨溶液共熱制取氮?dú)狻，F(xiàn)提供以下裝置來模擬工業(yè)制取AlN粉體。

(1)寫出實(shí)驗(yàn)室制取氮?dú)獾幕瘜W(xué)方程式：___________________________。

(2)請(qǐng)從下圖中選擇合適的裝置按順序組裝一套用氮?dú)夂弯X粉制AlN的裝置(裝置可以根據(jù)需要重復(fù)使用)：________________________________。

(3)實(shí)驗(yàn)開始后應(yīng)先給_______處裝置加熱一段時(shí)間再給另一處裝置加熱，這樣操作的原因是：_______________。

(4)已知：氮化鋁(AlN)既能溶于強(qiáng)酸，又能溶于強(qiáng)堿，試寫出AlN與HCl溶液反應(yīng)的化學(xué)方程為________________。

(5)AlN制備過程中存在一些副反應(yīng)致生成的AlN不純。 研究小組的同學(xué)取2.0500 g AlN樣品與濃NaOH溶液充分反應(yīng)，通過測(cè)定產(chǎn)生氨氣的量來測(cè)定AlN的純度(假設(shè)雜質(zhì)與堿反應(yīng)不生成NH3，忽略NH3在強(qiáng)堿性溶液中的溶解)。實(shí)驗(yàn)裝置如下：請(qǐng)幫該同學(xué)糾正裝置中一處明顯錯(cuò)誤：___________________。當(dāng)H中反應(yīng)完全后持續(xù)緩慢通入氮?dú)鈱⑸�成的氨全部吹入I中被水吸收。然后將I中氨水_________________________________________________________________________(請(qǐng)補(bǔ)充完這步操作，需根據(jù)后面數(shù)據(jù)計(jì)算作答)，用_______取25.00mL氨水于錐形瓶中并加入幾滴_______作指示劑，用0.1000mol/L的鹽酸滴定至終點(diǎn)，消耗鹽酸體積為22.50mL，經(jīng)計(jì)算得AlN的純度為90.00 %。

Answer 1

【答案】 NaNO2+NH4Cl=N2↑+NaCl+2H2O CFAF C 通氮?dú)馀疟M裝置內(nèi)空氣，防止氧氣干擾實(shí)驗(yàn) AlN+4HCl=AlCl3+NH4Cl 將I中導(dǎo)管改為連接一個(gè)倒扣漏斗吸收氨氣 轉(zhuǎn)移到500mL容量瓶中定容配成500mL溶液 堿式滴定管 甲基橙

【解析】 (1)由題意知，實(shí)驗(yàn)室用飽和亞硝酸鈉(NaNO2)溶液和氯化銨溶液共熱制取氮?dú)?/span>，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為NaNO2+NH4Cl=N2↑+NaCl+2H2O。

(2)可以選擇C作為氮?dú)獾陌l(fā)生裝置，選擇F作為氮?dú)獾母稍镅b置，選擇A作為氮化鋁的制備裝置，最后再加一個(gè)F，防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入A裝置，引起氮化鋁水解。所以，可以按CFAF順序組裝一套用氮?dú)夂弯X粉制AlN的裝置。

(3)實(shí)驗(yàn)開始后應(yīng)先給C處裝置加熱一段時(shí)間再給另一處裝置加熱，這樣操作的原因是：通氮?dú)馀疟M裝置內(nèi)空氣，防止氧氣干擾實(shí)驗(yàn)。

(4)由于氮化鋁(AlN)既能溶于強(qiáng)酸，又能溶于強(qiáng)堿，所以AlN與HCl溶液反應(yīng)可以生成兩種鹽，其化學(xué)方程為AlN+4HCl=AlCl3+NH4Cl。

(5) 該實(shí)驗(yàn)裝置中的尾氣處理裝置設(shè)計(jì)不正確，容易引起倒吸，應(yīng)將I中導(dǎo)管改為連接一個(gè)漏斗倒扣于燒杯水面吸收氨氣。當(dāng)H中反應(yīng)完全后持續(xù)緩慢通入氮?dú)鈱⑸�成的氨全部吹�?/span>I中被水吸收。然后將I中氨水轉(zhuǎn)移到500mL容量瓶中定容配成500mL溶液，用堿式滴定管取25.00mL氨水于錐形瓶中并加入幾滴甲基橙作指示劑，用0.1000mol/L的鹽酸滴定至終點(diǎn)，消耗鹽酸體積為22.50mL，經(jīng)計(jì)算得AlN的純度為90.00 %。