Question

氮化铝（AlN）是一种新型的无机非金属材料，工业上由氧化铝与焦炭在氮气流中高温制得．请回答下列有关问题．
（1）氮化铝（AlN）制备：Al₂O₃+N₂+3C

高温  .

2AlN+3CO，反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为

 

．
（2）AlN产品中常含有Al₄C₃、碳和Al₂O₃等杂质，已知Al₄C₃与水反应生成CH₄，CH₄与CuO发生反应：CH₄+4CuO 

△   .

CO₂+2H₂O+4Cu．为测定产品中有关成分的含量，所需仪器如下：

【测定样品中Al₄C₃的含量】
若各装置连接的顺序为：A→C→F→C→D→E，请补充操作步骤：
①称量D的质量，按顺序组装仪器，检查装置的气密性，将试样放入锥形瓶中；
②缓缓鼓入一定量的N₂；
③点燃F处酒精灯；
④

 

；
⑤

 

；
⑥再次称量D的质量；
⑦重复步骤⑤和⑥的操作，直到D的质量基本不变；
⑧根据D中增加的质量△m，可求出Al₄C₃的质量分数．
【测定AlN的含量】
已知AlN能够水解．请选择合适的药品和装置，按气流方向连接各装置，其顺序为：

 

→

 

→

 

→E．若试样为m g，测得C增重n g，则AlN的质量分数是

 

．

Answer 1

考点：探究物质的组成或测量物质的含量,氧化还原反应

专题：实验探究和数据处理题

分析：（1）依据氧化还原反应的特征颜色化合价变化分析判断，颜色化合价升高做还原剂被氧化得到氧化产物，元素化合价降低做氧化剂被还原生成还原产物；
（2）依据实验装置连接顺序和测定成分发生的反应分析判断，装置中的空气需要赶净，把样品溶于稀硫酸完全反应，利用氮气把生成的甲烷全部赶到F装置反应，减少误差；氮化铝水解生成氢氧化铝和氨气，氨气是碱性气体，干燥需要用碱石灰，吸收可以用浓硫酸，最后称重计算．

解答： 解：（1）氮化铝（AlN）制备：Al₂O₃+N₂+3C

高温  .

2AlN+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，所以氧化产物与还原产物的物质的量之比为3：2，
故答案为：3：2；
（2）若各装置连接的顺序为：A→C→F→C→D→E，称量D的质量，按顺序组装仪器，检查装置的气密性，将试样放入锥形瓶中，装置中的空气需要赶净，把样品溶于稀硫酸完全反应，利用氮气把生成的甲烷全部赶到F装置反应，CH₄与CuO发生反应：CH₄+4CuO

△   .

CO₂+2H₂O+4Cu，减少测定误差，所以需要补充的步骤为：②缓缓鼓入一定量的N₂；③点燃F酒精灯；④从分液漏斗缓缓滴入稀硫酸，直到不再产生气体时为止；⑤再次缓缓鼓入一定量的N₂，再次称量D的质量，重复步骤⑤和⑥的操作，直到D的质量基本不变；
AlN能够水解生成氢氧化铝和氨气，氨气是碱性气体，用碱石灰吸收水蒸气后再用浓硫酸吸收氨气，称重计算，为避免空气中水蒸气进入装置C，需要在C后连接干燥管E，所以装置连接为B-D-C-E；若试样为mg，测得C增重ng为氨气的质量，样品中AlN的质量分数=

ng 17g/mol ×41g/mol

mg

×100%=

41n

17m

×100%；
故答案为：从分液漏斗缓缓滴入稀硫酸，直到不再产生气体时为止；再次缓缓鼓入一定量的N₂；B；D；C；

41n

17m

×100%．

点评：本题考查了实验测定物质组成和验证性质的装置分析判断，实验步骤的完善是本题的难点，掌握基本操作，设计实验步骤是解题关键，题目难度中等．