Question

【题目】氮化铝(AlN)陶瓷是一种新型无机非金属材料，利用它较高的体积电阻率、绝缘强度大、导热性能好，可用作大功率半导体器件的绝缘基片、大规模和超大规模集成电路的散热基片和封装基片。工业上可用氮气和铝在高温下直接化合法来制备氮化铝粉体(AlN粉体在潮湿的空气中易发生水解反应)。已知：实验室可用饱和亚硝酸钠(NaNO2)溶液和氯化铵溶液共热制取氮气。现提供以下装置来模拟工业制取AlN粉体。

(1)写出实验室制取氮气的化学方程式：___________________________。

(2)请从下图中选择合适的装置按顺序组装一套用氮气和铝粉制AlN的装置(装置可以根据需要重复使用)：________________________________。

(3)实验开始后应先给_______处装置加热一段时间再给另一处装置加热，这样操作的原因是：_______________。

(4)已知：氮化铝(AlN)既能溶于强酸，又能溶于强碱，试写出AlN与HCl溶液反应的化学方程为________________。

(5)AlN制备过程中存在一些副反应致生成的AlN不纯。 研究小组的同学取2.0500 g AlN样品与浓NaOH溶液充分反应，通过测定产生氨气的量来测定AlN的纯度(假设杂质与碱反应不生成NH3，忽略NH3在强碱性溶液中的溶解)。实验装置如下：请帮该同学纠正装置中一处明显错误：___________________。当H中反应完全后持续缓慢通入氮气将生成的氨全部吹入I中被水吸收。然后将I中氨水_________________________________________________________________________(请补充完这步操作，需根据后面数据计算作答)，用_______取25.00mL氨水于锥形瓶中并加入几滴_______作指示剂，用0.1000mol/L的盐酸滴定至终点，消耗盐酸体积为22.50mL，经计算得AlN的纯度为90.00 %。

Answer 1

【答案】 NaNO2+NH4Cl=N2↑+NaCl+2H2O CFAF C 通氮气排尽装置内空气，防止氧气干扰实验 AlN+4HCl=AlCl3+NH4Cl 将I中导管改为连接一个倒扣漏斗吸收氨气 转移到500mL容量瓶中定容配成500mL溶液 碱式滴定管 甲基橙

【解析】 (1)由题意知，实验室用饱和亚硝酸钠(NaNO2)溶液和氯化铵溶液共热制取氮气，该反应的化学方程式为NaNO2+NH4Cl=N2↑+NaCl+2H2O。

(2)可以选择C作为氮气的发生装置，选择F作为氮气的干燥装置，选择A作为氮化铝的制备装置，最后再加一个F，防止空气中的水蒸气进入A装置，引起氮化铝水解。所以，可以按CFAF顺序组装一套用氮气和铝粉制AlN的装置。

(3)实验开始后应先给C处装置加热一段时间再给另一处装置加热，这样操作的原因是：通氮气排尽装置内空气，防止氧气干扰实验。

(4)由于氮化铝(AlN)既能溶于强酸，又能溶于强碱，所以AlN与HCl溶液反应可以生成两种盐，其化学方程为AlN+4HCl=AlCl3+NH4Cl。

(5) 该实验装置中的尾气处理装置设计不正确，容易引起倒吸，应将I中导管改为连接一个漏斗倒扣于烧杯水面吸收氨气。当H中反应完全后持续缓慢通入氮气将生成的氨全部吹入I中被水吸收。然后将I中氨水转移到500mL容量瓶中定容配成500mL溶液，用碱式滴定管取25.00mL氨水于锥形瓶中并加入几滴甲基橙作指示剂，用0.1000mol/L的盐酸滴定至终点，消耗盐酸体积为22.50mL，经计算得AlN的纯度为90.00 %。