Question

8．如图是从铝士矿（主要成分为Al₂O₃，还含有少量SiO₂、Fe₂O₃等杂质）中提取Al₂O₃并生产AlN的工艺流程：

（1）“溶解”时，溶液中的硅酸钠与偏铝酸钠发生反应：2Na₂SiO₃+2NaAlO₂+2H₂O═Na₂Al₂Si₂O₈↓+4NaOH
赤泥的主要成分为Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈（写出化学式）．
（2）“酸化”时通入过量CO₂与NaAlO₂反应生成Al（OH）₃，滤液的主要成分为NaHCO₃（写出化学式）．实验室过滤需用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒．
（3）“还原”时，炭黑在高温下被氧化为CO，反应的化学方程式为Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlN+3CO．
（4）现取三份不同质量的氮化铝样品（假设杂质只含有炭黑）分别加到20.00mL相同浓度的NaOH溶液中，充分反应后，测得实验数据如表所示．
（已知：AlN+NaOH+H₂O═NaAlO₂+NH₃↑）

实验序号	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
加入氮化铝样品的质量/g	4.1	8.2	12.3
生成氨气的体积/L（标准状况）	1.456	2.912	4.256

①该样品中AlN的质量分数为多少？（写出计算过程）
②所用NaOH溶液的浓度为9.5mol/L．

Answer 1

分析 铝士矿（主要成分为Al₂O₃，还含有少量SiO₂、Fe₂O₃等杂质），铝士矿中加入氢氧化钠溶液，SiO₂和Al₂O₃溶于氢氧化钠溶液，溶液中的硅酸钠与偏铝酸钠发生反应：2Na₂SiO₃+2NaAlO₂+2H₂O═Na₂Al₂Si₂O₈↓+4NaOH，氧化铁不溶于氢氧化钠溶液，所以过滤得赤泥为Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈，滤液主要为偏铝酸钠溶液，偏铝酸钠溶液中通入过量的二氧化碳酸化得沉淀为氢氧化铝，过滤得滤液主要为NaHCO₃溶液，氢氧化铝燃烧得氧化铝，氧化铝、碳、氮气在高温下生成氮化铝，同时碳被氧化为CO，据此答题；

解答 解：铝士矿（主要成分为Al₂O₃，还含有少量SiO₂、Fe₂O₃等杂质），铝士矿中加入氢氧化钠溶液，SiO₂和Al₂O₃溶于氢氧化钠溶液，溶液中的硅酸钠与偏铝酸钠发生反应：2Na₂SiO₃+2NaAlO₂+2H₂O═Na₂Al₂Si₂O₈↓+4NaOH，氧化铁不溶于氢氧化钠溶液，所以过滤得赤泥为Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈，滤液主要为偏铝酸钠溶液，偏铝酸钠溶液中通入过量的二氧化碳酸化得沉淀为氢氧化铝，过滤得滤液主要为NaHCO₃溶液，氢氧化铝燃烧得氧化铝，氧化铝、碳、氮气在高温下生成氮化铝，同时碳被氧化为CO，
（1）根据上面的分析可知，赤泥的主要成分为 Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈，
故答案为：Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；  
（2）“酸化”时通入过量CO₂与NaAlO₂反应生成Al（OH）₃，滤液的主要成分为 NaHCO₃，实验室过滤需用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒，
故答案为：NaHCO₃；漏斗；
（3）氧化铝、碳、氮气在高温下生成氮化铝，同时碳被氧化为CO，反应的化学方程式为Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlN+3CO，
故答案为：Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlN+3CO；
（4）比较表中三组数据可知，实验Ⅱ中固体的质量为实验Ⅰ中的两倍时，产生的气体的体积也为两倍，说明在实验Ⅰ中氢氧化钠是过量的，实验Ⅲ的固体为实验Ⅰ的3倍，而气体没有达到3倍，说明在实验Ⅲ中固体过量，氢氧化钠全部参加 反应，
①根据反应AlN+NaOH+H₂O═NaAlO₂+NH₃↑利用实验Ⅰ数据可知，
   n（AlN）=n（NH₃）=$\frac{1.456}{22.4}$mol=0.065 mol，所以AlN的质量分数为：$\frac{41×0.065}{4.1}$×100%=65%，
答：AlN的质量分数为65%；
②根据反应AlN+NaOH+H₂O═NaAlO₂+NH₃↑利用实验Ⅲ数据可知，n（NaOH）=n（NH₃）=$\frac{4.256}{22.4}$mol=0.19 mol，所以NaOH溶液的浓度为：$\frac{0.19mol}{0.02L}$=9.5mol/L，
故答案为：9.5．

点评 本题以氮化铝的制备工艺流程为载体，考查无机物推断、元素化合物性质及相互转化、氧化还原、离子方程式等知识点，注意把握制备原理，把握物质的性质以及相关反应方程式的书写，题目难度中等．