Question

【题目】AlN新型材料应用前景广泛，其制备与性质研究成为热点。

相关数据如下：

物质	熔点/℃	沸点/℃	与N2反应温度/℃	相应化合物分解温度/℃
Al	660	2467	＞800	AlN：＞2000 （＞1400升华） AlCl3：（＞181升华）
Mg	649	1090	＞300	Mg3N2：＞800

(1)AlN的制备。

① 化学气相沉积法。

Ⅰ.一定温度下，以AlCl3气体和NH3为原料制备AlN，反应的化学方程式是____________________。

Ⅱ.上述反应适宜的温度范围是______℃（填字母）。

a.75~100 b.600~1100 c.2000~2300

② 铝粉直接氮化法。

Al与N2可直接化合为AlN固体，AlN能将Al包裹，反应难以继续进行。控制温度，在Al粉中均匀掺入适量Mg粉，可使Al几乎全部转化为AlN固体。该过程发生的反应有：__________________、_________和2Al + N2 2AlN。

③碳热还原法。

以Al2O3、C（石墨）和N2为原料，在高温下制备AlN。

已知：ⅰ. 2Al2O3(s) 4Al(g) + 3O2(g) H 1 =＋3351 kJ·mol-1

ⅱ. 2C(石墨，s) + O2(g) = 2CO(g) H 2 =－221 kJ·mol-1

ⅲ. 2Al(g) + N2(g) = 2AlN(s) H 3 =－318 kJ·mol-1

运用平衡移动原理分析反应ⅱ对反应ⅰ的可能影响：______________________________________。

(2)AlN的性质。AlN粉末可发生水解。相同条件下，不同粒径的AlN粉末水解时溶液pH的变化如图所示。

① AlN粉末水解的化学方程式是____________________________________。

② 解释t1-t2时间内两条曲线差异的可能原因：_______________________________。

(3)AlN含量检测。向a g AlN样品中加入足量浓NaOH溶液，然后通入水蒸气将NH3全部蒸出，将NH3用过量的v1 mL c1 mol·L-1 H2SO4溶液吸收完全，剩余的H2SO4用v2 mL c2 mol·L-1 NaOH溶液恰好中和，则样品中AlN的质量分数是________________________________。

Answer 1

【答案】AlCl3 + NH3=AlN + 3HCl b 3Mg + N2Mg3N2 Mg3N23Mg + N2 反应ⅱ能降低氧气浓度，有利于反应ⅰ正向移动 AlN + 4H2O = Al(OH)3 + NH3·H2O 粒径较小的AlN表面积大，水解反应速率较大

【解析】

(1) ①Ⅰ.气体和制备不是氧化还原反应，根据元素守恒配平即可；

Ⅱ.根据表中数据判断；

②根据表中数据，大于300℃，镁和氮气反应，大于800℃氮化镁会分解；

③反应ⅱ能消耗氧气，反应ⅰ生成氧气；

（2）①氮化铝水解产生氢氧化铝和一水合氨；

②反应速率和接触面积有关；

（3）首先计算消耗硫酸的物质的量，氨气和硫酸按照2:1反应，得出氨气的物质的量，根据氮元素守恒，得到氮化铝的物质的量，然后计算质量分数。

(1) ①Ⅰ.气体和制备 ，反应的化学方程式是，

答案为：；

Ⅱ.根据表中数据，要保证为气体，需要温度大于181℃，排除a，大于2000℃会分解， 排除c，

故答案选b；

②根据表中数据，大于300℃，镁和氮气反应，大于800℃氮化镁会分解，

故答案为：；；

③反应ⅱ能消耗氧气，反应ⅰ生成氧气，故反应ⅱ能促进反应ⅰ正向进行，

答案为：反应ⅱ能降低氧气浓度，有利于反应ⅰ正向移动；

（2）①氮化铝水解产生氢氧化铝和一水合氨，

故答案为： ；

②由图像可以看出两条曲线的反应速率是不同的，反应速率和接触面积有关，

故答案为：粒径较小的AlN表面积大，水解反应速率较大；

（3）消耗硫酸的物质的量为：，氨气和硫酸按照2:1反应，故氨气的物质的量为：，根据氮元素守恒，氮化铝的物质的量也是，故样品中氮化铝的质量分数为，

故答案为：。