Question

【题目】氮化铝(AlN)是一种新型无机材料，广泛应用于集成电路、陶瓷等生产领域。工业上由氧化铝与焦炭在氮气流中高温制得:Al2O3+3C+N22AlN+3CO。请回答:

(1)上述反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比___________________。

(2)制得的氮化铝产品中常含有Al4C3、Al2O3和C等杂质，已知:

	稀硫酸(过量)	浓NaOH溶液(过量)
AlN	2AlN+4H2SO4=Al2(SO4)3+(NH4)2SO4	AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3 ↑
Al4C3	Al4C3+6H2SO4=2Al2(SO4)3+3CH4 ↑	Al4C3+4NaOH+4H2O=4NaAlO2+3CH4 ↑

为测定产品中AlN和Al4C3的含量，设计了如下两套实验装置(在通风橱进行，可适当微热，忽略空气中水蒸气、CO2的影响及NH3在强碱性溶液中的溶解)。

装置I、II在反应前后的质量差分别为m1 g和m2 g，则m g产品中AlN的质量分数为______(用含m、m1、m2的代数式表示)。

(3)取装置I中反应后的滤液，先加入少量(NH4)2SO4溶液，然后依次进行蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、用少量酒精洗涤、滤纸吸干，得到铵明矾晶体[NH4Al(SO4)2·12H2O]。

①蒸发浓缩操作时，除需铁架台(带铁圈)、酒精灯、坩埚钳、玻璃棒外，还需要_______(填仪器名称)；蒸发浓缩的操作；小火加热，不断搅拌，_________。

②用少量酒精洗涤的目的__________________________。

(4)已知:25℃时，Kw=1.0×10-14，Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5，Kb(Al(OH)3]=1.4×10-9。

① NH4Al(SO4)2溶液中离子浓度由大到小的顺序_________________。

②(NH4)2SO4溶液中存在水解平衡，则水解平衡常数为_____________。

Answer 1

【答案】 1:3 [41(m2-m1)/17m]× 100% 蒸发皿 当液面上出现晶膜时停止加热 洗去晶体表面附着的水分 c(SO42-)>c(NH4+)>c(Al3+)>c(H+)>c(OH-) 5.6×10-10

【解析】(1)根据反应Al2O3+N2+3C2AlN+3CO，反应中氮元素化合价从0价变化为-3价，做氧化剂，被还原为AlN，碳元素化合价从0价变化为+2价，做还原剂，被氧化为一氧化碳，所以氧化剂与还原剂的物质的量之比为1:3；故答案为：1:3；

(2)根据发生的反应：装置I中发生2AlN+4H2SO4=Al2(SO4)3+(NH4)2SO4、Al4C3+6H2SO4=2Al2(SO4)3+3CH4↑，则生成甲烷的质量为m1g，装置II中发生AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑、Al4C3+4NaOH+4H2O=4NaAlO2+3CH4↑，生成的甲烷和氨气的质量之和为m2 g，则生成氨气的质量为(m2- m1)g，因此AlN的质量为×41g/mol=g，因此mg产品中AlN的质量分数为×100%=×100%，故答案为： ×100%；

(3) ①蒸发浓缩操作时，除需铁架台(带铁圈)、酒精灯、坩埚钳、玻璃棒外，还需要蒸发皿；蒸发浓缩的操作；小火加热，不断搅拌，当液面上出现晶膜时，停止加热，故答案为：蒸发皿；当液面上出现晶膜时，停止加热；

②用少量酒精洗涤，可以洗去晶体表面附着的水分，同时可以减少铵明矾晶体的损失，故答案为：洗去晶体表面附着的水分；

(4)①根据Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5，Kb(Al(OH)3]=1.4×10-9可知，碱性NH3·H2O ＞Al(OH)3，则NH4Al(SO4)2溶液中Al3+水解程度大于NH4+，溶液显酸性，离子浓度由大到小的顺序为c(SO42-)>c(NH4+)>c(Al3+)>c(H+)>c(OH-)，故答案为：c(SO42-)>c(NH4+)>c(Al3+)>c(H+)>c(OH-)；

②(NH4)2SO4溶液中存在水解平衡，则水解平衡常数K===5.6×10-10，故答案为：5.6×10-10。