题目内容

5．氮化铝是一种新型的无机非金属材料，被广泛应用于集成电路生产领域．其制备反应原理为：Al2O3+N2+3C═2AlN+3CO．制备过程中，原料配比不当或反应不完全等因素都会造成产品中含有碳或Al2O3等杂质．为测定产品中AlN的质量分数，某同学按如图1装置进行相关实验．可选用的化学试剂为：mg氮化铝片状固体、NaOH饱和溶液、水、煤油、医用酒精．回答下列问题：

（1）简述检查该套装置气密性的方法：将C中导管浸入水中，微热试管A，C中导管出口有气泡逸出．冷却后，C中导管仍有高出液面的水柱不下降．（或先在B中加入煤油，然后将试管A放入冰水中，B中导管有气泡进入B，将试管A恢复室温，B中导管有高出液面的油柱不下降），说明气密性良好，否则装置漏气．
（2）如图B中试剂最好选用（填序号）：②．
①水②煤油③医用酒精
已知A 中有NaAlO2生成，并放出有刺激性气味气体，写出A中发生反应的化学方程式AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑．
（3）读取C（量筒）中液体体积时，应注意b、c、d（填序号）．
a．C中液面不再上升时立即读数    b．上下移动C，使之液面与B中液面相平
c．A中不再有气泡逸出            d．视线与凹液面最低处相平
（4）mg氮化铝与足量NaOH饱和溶液反应，实验结束后，C中收集到液体的体积为VL（已折算成标准状况），则AlN样品的纯度为$\frac{41V}{22.4m}×100%$（写计算表达式）．
（5）上述实验方案，可能因气体体积测量不准，导致误差较大．有人建议改用下列A、B两个装置中的一种（在通风橱内进行），只需进行简单而又必要的数据测写，用差量法就可比较准确确定样品中AlN的质量分数．较合理的装置如图2是：A（填代号）．

分析 （1）只要先将装置密封再利用热胀冷缩原理进行气密性验证；
（2）根据图1装置可知，A中氮化铝与氢氧化钠溶液反应生成NaAlO2，并放出有刺激性气味气体为氨气，实验中要测得氨气的体积，通过氨气的体积测定产品中AlN的质量分数，而氨气极易溶于水，据此答题；
（3）为了准确测得氨气的体积，必须等A中反应完全，在读量筒体积时必须使C中液面与B中液面相平、视线与凹液面最低处相平，据此答题；
（4）根据氨气的体积，通过反应方程式可计算出产品中纯AlN的质量，根据纯度=$\frac{AlN的质量}{样品的质量}$×100%计算；
（5）根据图可知，由于五氧化二磷能吸收氨气和水蒸汽等，所以图2B中装置的质量在反应前后没有变化，A中反应产生的氨气挥发，产生氨气的质量就是整个装置的质量变化，所以可以测量得氨气 的质量，根据氨气的质量计算出氮化铝的质量，进而可以确定AlN样品的纯度，据此答题．

解答 解：（1）根据装置图可知，检查该套装置气密性的方法是将C中导管浸入水中，微热试管A，C中导管出口有气泡逸出．冷却后，C中导管仍有高出液面的水柱不下降．（或先在B中加入煤油，然后将试管A放入冰水中，B中导管有气泡进入B，将试管A恢复室温，B中导管有高出液面的油柱不下降），说明气密性良好，否则装置漏气，
故答案为：将C中导管浸入水中，微热试管A，C中导管出口有气泡逸出．冷却后，C中导管仍有高出液面的水柱不下降．（或先在B中加入煤油，然后将试管A放入冰水中，B中导管有气泡进入B，将试管A恢复室温，B中导管有高出液面的油柱不下降），说明气密性良好，否则装置漏气；
（2）根据图1装置可知，A中氮化铝与氢氧化钠溶液反应生成NaAlO2，反应的方程式为AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑，并放出有刺激性气味气体为氨气，实验中要测得氨气的体积，通过氨气的体积测定产品中AlN的质量分数，而氨气极易溶于水，医用酒精中也有水，所以选用煤油，故选 ②，
故答案为：②；AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑；
（3）为了准确测得氨气的体积，必须等A中反应完全，在读量筒体积时必须使C中液面与B中液面相平、视线与凹液面最低处相平，故选b、c、d；
（4）根据反应AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑可知，当氨气的体积为VL即物质的量为$\frac{V}{22.4}$mol时，则参加反应的AlN的质量为$\frac{V}{22.4}$×41g，所以AlN样品纯度为$\frac{\frac{V}{22.4}×41}{m}×100%=\frac{41V}{22.4m}×100%$，
故答案为：$\frac{41V}{22.4m}×100%$；
（5）根据图可知，由于五氧化二磷能吸收氨气和水蒸汽等，所以图2B中装置的质量在反应前后没有变化，A中反应产生的氨气挥发，产生氨气的质量就是整个装置的质量变化，所以可以测量得氨气 的质量，根据氨气的质量计算出氮化铝的质量，进而可以确定AlN样品的纯度，图2中A装置合理，
故答案为：A．

点评 此题是实验和利用化学方程式计算相结合的题目，有一定的综合性，应认真分析，另外要掌握住等量法是做此类实验题常用的方法，题目难度中等．

练习册系列答案
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