Question

19．氮化铝（AIN，遇水易水解）广泛应用于集成电路生产领域．某研究小组利用氮气、氧化铝和活性炭制取氮化铝，设计如图1所示实验装置．

请回答：
（1）图1中用饱和NaNO₂溶液与NH₄Cl溶液加热制取氮气，该化学方程式为NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+2H₂O+N₂↑．
（2）图1装置中各仪器导管口连接的顺序是（用小写字母a→g填写）：a-e-d-g-c（或b）c（或b）-g-f或a-e-d-g-f--b（或c）-c（或b）-g-f；导管A的作用是平衡分液漏斗与烧瓶之间的压强，使NaNO₂饱和溶液顺利滴下．
（3）按（2）连接好实验装置后，接下来的操作是检查装置的气密性
（4）按（2）连接的实验装置存在的缺陷是洗气瓶没有防倒吸装置，没有尾气处理装置
（5）反应结束后，某同学用图2装置进行实验来测定氮化铝样品的质量分数（实验中导管体积忽略不计）．
①氮化铝与过量的NaOH溶液反应生成氨气化学反应方程式为AlN+NaOH+H₂O═NaAlO₂+NH₃↑；
②集气瓶中的苯的作用是防止氨气溶于水；集气瓶中的液体没有装满，则实验测得NH₃的体积将不变（填“偏大”、“偏小”、“不变”）．
③若实验中称取氮化铝样品的质量为10.0g，测得氨气的体积3.36L（标准状况），则样品中AlN的质量分数为61.5%（保留3位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）饱和NaNO₂溶液与NH₄Cl反应生成氮气、氯化钠和水；
（2）用饱和NaNO₂溶液与NH₄Cl溶液加热制取氮气与氧化铝反应，因氮化铝易水解，故流程中应注意无水，则氮气从a经浓硫酸干燥，为干燥充分，导管长进短出，连接e、d，为干燥充分，可再连接一个干燥管，gf，在玻璃管中反应，故连接bc，为防止空气中的水蒸气进入装置，最后连接一个干燥管gf；导管A的作用是平衡分液漏斗与烧瓶之间的压强，使NaNO₂ 饱和溶液顺利滴下；
（3）有气体的实验装置要检查装置气密性；
（4）洗气瓶没有防倒吸装置，实验必须对有毒气体进行尾气处理，防止空气污染；
（5）氮化铝和氢氧化钠反应会生成氨气，AlN+NaOH+H₂O═NaAlO₂+NH₃↑，氨气进入广口瓶后，如果装置密闭，广口瓶中压强会增大，那么就会有水通过广口瓶的长管进入量筒中，根据等量法可知，进入到广口瓶中水的体积就等于生成的氨气的体积．所以通过量筒中排出的水的体积就可以知道氨气的体积，进而根据方程式求出氮化铝的质量，据此分析解答．

解答 解：（1）图1中用饱和NaNO₂溶液与NH₄Cl溶液加热制取氮气，化学方程式为：NaNO₂+NH₄Cl $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ NaCl+2H₂O+N₂↑；
故答案为：NaNO₂+NH₄Cl $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ NaCl+2H₂O+N₂↑；
（2）用饱和NaNO₂溶液与NH₄Cl溶液加热制取氮气与氧化铝反应，因氮化铝易水解，故流程中应注意无水，则氮气从a经浓硫酸干燥，为干燥充分，导管长进短出，连接e、d，为干燥充分，可再连接一个干燥管，gf，在玻璃管中反应，故连接bc，为防止空气中的水蒸气进入装置，最后连接一个干燥管gf；导管A的作用是平衡分液漏斗与烧瓶之间的压强，使NaNO₂ 饱和溶液顺利滴下；
故答案为：a-e-d-g-c（或b）c（或b）-g-f或a-e-d-g-f--b（或c）-c（或b）-g-f；平衡分液漏斗与烧瓶之间的压强，使NaNO₂ 饱和溶液顺利滴下；
（3）有气体的实验装置要检查装置气密性；
故答案为：检查装置的气密性；
（4）洗气瓶没有防倒吸装置，实验必须对有毒气体进行尾气处理，防止空气污染；
故答案为：洗气瓶没有防倒吸装置，没有尾气处理装置；
（5）①氮化铝与过量的NaOH溶液反应生成氨气化学反应方程式为：AlN+NaOH+H₂O═NaAlO₂+NH₃↑；
故答案为：AlN+NaOH+H₂O═NaAlO₂+NH₃↑；
②因为氨气极易溶于水，所以广口瓶的水面上应加一层苯，来将气体和水隔绝，广口瓶中的气压之所以会增大，是因为有氨气进入，所以无论广口瓶中是否有空气，进入瓶中氨气的体积都等于排进量筒中水的体积，所以不受影响；
故答案为：防止氨气溶于水；不变；
③氨气的体积为3.36L（标准状况），则n（氨气）=3.36L÷22.4L/mol=0.15mol，所以氮化铝的物质的量是0.15mol，质量是0.15mol×41g/mol=6.15g，所以氮化铝的质量分数为（6.15÷10）×100%=61.5%；
故答案为：61.5%．

点评 本题考查性质实验方案设计，侧重考查学生知识综合应用、实验基本操作能力及实验方案设计能力，综合性较强，解答本题要知道制取气体的一般步骤，知道用排水法测定气体体积的方法，由于氨气极易溶于水，要用植物油将氨气与水分开，综合性强，难度大．