题目内容
【题目】氮化铝(AlN)是一种新型无机材料，广泛应用于集成电路生产领域。某化学研究小组利用氮气、氧化铝和活性炭在高温下制取氮化铝。 请回答下列问题：
(1)请写出制取氮化铝的化学方程式________。
制得的AlN样品仅含有Al2O3杂质，已知：AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑为测定AlN含量，设计如下三种实验方案。（测定过程均忽略NH3在强碱溶液中的溶解）
（方案1）取一定量的样品，用以下装置测定样品中AlN的纯度(夹持装置已略去)。
实验步骤：组装好实验装置，检查装置气密性并加入实验药品，关闭K1，打开K2 ，打开分液漏斗活塞，加入NaOH浓溶液，至不再产生气体。打开K1，通入氮气一段时间，测定C装置反应前后的质量变化。
(2)图中C装置中球形干燥管的作用是________。
(3)通入氮气的目的是_______。
(4)图中装置会导致测定结果_______（填“偏高”“偏低”或“无影响”）。
（方案2）用如图装置测定mg样品中AlN的纯度(部分夹持装置已略去)。
(5)为测定生成气体的体积，量气装置中的X液体可以是___(填字母)
A.CCl4 B.H2O C.NH4Cl溶液 D.苯
(6)若mg样品完全反应，测得生成气体的体积为VmL(已转换为标准状况)，则AlN的质量分数是______。若其他操作均正确，但反应结束后读数时，右侧量气管中液面高于左侧球型管中液面，则最后测得AlN的质量分数会_____（填“偏高”“偏低”或“无影响”）。
（方案3）按以下步骤测定样品中A1N的纯度：（过滤时使用无灰滤纸过滤）
(7)步骤②生成沉淀的离子方程式为_______。
(8)样品中A1N的质量分数为_______（用含m1、m2的代数式表示）。
【答案】Al2O3+3C+N2
2AlN+3CO 防倒吸 把装置中残留的氨气全部导入C装置 偏高 AD 
×100% 偏低 AlO2-+CO2+2H2O=HCO3-+Al(OH)3↓ 
【解析】
(1)氮气、氧化铝和活性炭在高温下反应产生氮化铝和CO；
(2)氨气是和浓硫酸能发生反应的气体，易发生倒吸现象
(3)反应生成氨气后未把装置中的气体全部赶入装置C被浓硫酸吸收，应该准确测定装置C的增重进行计算；
(4)图1 装置中空气中的水蒸气和二氧化碳也可以进入装置C，据此分析；
(5)氨气极易溶于水，量气装置中的X液体不能与氨气反应，也不能使氨气溶解；
(6)依据AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑中的定量关系计算出样品中纯氮化铝的质量，再计算出氮化铝的质量分数，根据读数对NH3体积的影响判断误差；
(7)步骤①反应为AlN、Al2O3分别与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠，向偏铝酸钠溶液中通入足量CO2气体，根据复分解反应规律，结合电荷守恒书写离子方程式；
(8)依据杂质Al2O3在反应前后质量不变，而根据流程中铝的转化关系可得关系式2A1N～A12O3，根据关系式列比例式，可计算出样品中氮化铝的纯度。
(1)氮气、氧化铝和活性炭在高温下反应产生氮化铝和CO，根据原子守恒、电子守恒，可得该反应的化学方程式：Al2O3+3C+N22AlN+3CO；
(2)AlN与NaOH溶液反应产生NH3，NH3是容易与浓硫酸能发生反应的气体，会导致发生倒吸，图C装置中球形干燥管的作用是防止倒吸现象的发生；
(3)通入氮气一段时间，可以将反应产生的NH3全部赶入C装置中，被浓硫酸吸收，通过测定C装置反应前后的质量变化确定AlN的纯度，因此通入氮气的目的是把装置中残留的氨气全部赶入C装置；
(4)图1 装置中空气中的水蒸气和二氧化碳也可以进入装置C，使测定结果偏高；
(5)A.CCl4不能溶解氨气，可以用排四氯化碳溶液的方法测定氨气体积，A正确；
B.氨气极易溶于水，不能排水法测定，B错误；
C.氨气极易溶于水，不能用排NH4Cl溶液的方法测定气体体积，C错误；
D.苯不能溶解氨气，可以用排苯溶液的方法测定氨气体积，D正确；
故合理选项是AD；
(6)若m g样品完全反应，测得生成气体的体积为V mL（已转换为标准状况），根据方程式AlN+NaOH+H2O═NaAlO2+NH3↑可知：每反应消耗41gAlN，会产生标准状况下22.4LNH3，现在得到标准状况下氨气的体积是VmL，则其中含有的AlN的质量m=
=
g，则AlN的质量分数=
×100%=×100%；
若其他操作均正确，但反应结束后读数时，右侧量气管中液面高于左侧球型管中液面，气体的压强增大，使NH3的体积偏小，根据NH3的体积计算出的AlN的质量偏小，则最后测得AlN的质量分数会偏低；
(7)步骤①反应为AlN、Al2O3分别与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠、氨气和水，向偏铝酸钠溶液中通入CO2气体，反应产生Al(OH)3沉淀和NaHCO3，反应的离子方程式为AlO2-+CO2+2H2O=HCO3-+Al(OH)3↓；
(8)设样品中含有Al2O3杂质为x，依据铝守恒，得2A1N～～A12O3，二者的质量关系为82gAlN反应得到102g A12O3，则原样品中含有A1N质量是(m1-x)g，则其反应产生的A12O3质量为(m2-x)g，
，解之得：x=
，则lN质量分数为
×100%=×100%。
