题目内容

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．在氮气流中由氧化铝与焦炭在电炉中加热制得．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、Al4C3或Al2O3等杂质．回答下列问题：
（1）反应Al2O3+N2+3C 
 高温 
.
 
2AlN+3CO中，氧化剂是
 

（2）探究氮化铝与酸的反应，并检验生成产物中含有NH4+．请完成下列实验步骤．
步骤1：取少量样品于试管中，滴加稀H2SO4至溶液呈酸性
步骤2：
 
．
（3）AlN也可以与强碱溶液反应．完成下列方程式：
AlN+NaOH+H2O=
 
+
 

（4）Al 4C3与水反应生成甲烷，甲烷与CuO反应的化学方程式如下：
CH4+4CuO 
  △  
.
 
 CO2+2H2O+4Cu 测定产品中有关成分的含量，所需仪器如下：
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Ⅰ．测定样品中含有少量Al4C3的含量，各装置连接的顺序为A→C→F→C→D→E．主要实验步骤如下：
①称量D的质量，按顺序组装仪器，将试样放入锥形瓶中，检查装置的气密性
②从分液漏斗缓缓滴入稀硫酸，直到不再产生气体时为止
③点燃F酒精灯
④缓缓鼓入一定量的N2
⑤再次缓缓鼓入一定量的N2
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
操作的先后顺序是①→
 
→⑤→⑥→⑦，操作④的目的是
 
．
Ⅱ．为测定AlN的含量，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，试样为mg，测得C增重n g，则AlN的质量分数是
 
．
分析：（1）依据化学方程式中元素化合价的变化分析，元素化合价降低的元素所在物质为氧化剂；
（2）依据铵根离子的检验方法设计实验步骤进行检验；
（3）AlN是一种良好的耐热冲击材料，可溶解于强碱溶液生成偏铝酸钠和氨气；
（4）Ⅰ、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；
Ⅱ、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）反应Al2O3+N2+3C 
 高温 
.
 
2AlN+3CO中，氮元素化合价从0价变化为-3价，化合价降低做氧化剂，碳元素化合价从0价变化为+2价做还原剂；
故答案为：N2 ；
（2）检验生成产物中含有NH4+，取少量样品于试管中，滴加稀H2SO4至溶液呈酸性，取反应后的溶液加入足量NaOH溶液，加热，用湿润的红色石蕊试纸检验产生的气体，若试纸变蓝，说明存在NH4+；
故答案为：取反应后的溶液加入足量NaOH溶液，加热，用湿润的红色石蕊试纸检验产生的气体，若试纸变蓝，说明存在NH4+；
（3）解答：AlN是一种良好的耐热冲击材料，可溶解于强碱溶液生成偏铝酸钠和氨气，反应的化学方程式为：AlN+NaOH+H2O═NH3↑+NaAlO2，
故答案为：AlN+NaOH+H2O═NH3↑+NaAlO2；
（4）Ⅰ．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：④缓缓鼓入一定量的N2；③点燃F酒精灯；②从分液漏斗缓缓滴入稀硫酸，直到不再产生气体时为止；操作④缓缓鼓入一定量的N2，把装置中的空气排净，防止爆炸；
故答案为：④→③→②；将装置中的空气排尽，防止爆炸；
Ⅱ．为测定AlN的含量，分析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，所以装置连接为B-D-C；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：B、D、C；
41n
17m
×100%
点评：本题考查了物质组成和探究方法和实验分析判断，离子检验实验步骤设计，实验步骤的理解和设计是解题关键，题目难度较大．
练习册系列答案
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（2011?江山市模拟）（背景材料）氮化铝（AlN）陶瓷是一种类金刚石氮化物的新型无机非金属材料，最高可稳定到2200℃．导热性好，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料．抗熔融金属侵蚀的能力强，是熔铸纯铁、铝或铝合金理想的坩埚材料．氮化铝还是电绝缘体，介电性能良好，用作电器元件也很有希望．超细氮化铝粉末被广泛应用于大规模集成电路生产领域．其制取原理为：
Al2O3+3C+N2 
高温
2AlN+3CO
（问题探究）某化学研究性学习小组成员根据氮化铝的制取原理，进行了如下探究．
问题1、在制取氮化铝时由于反应不完全，氮化铝产品中所含杂质除了碳以外还可能存在
氧化铝
氧化铝
．
问题2、为测定该产品中有关成分的含量，甲、乙两同学设计了以下两个实验：
（1）甲同学：称取10.00g样品，将其加入过量的氢氧化钠溶液中共热并蒸干，AlN跟氢氧化钠溶液反应生成NaAlO2，并放出氨气3.36L（标准状况）．
①上述反应的化学方程式为
AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑
AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑
．
②该样品中的AlN的质量分数为
61.5%
61.5%
．
（2）乙同学：称取10.00g样品置于反应器中，通入2.016L（标准状况）O2，在高温下充分反应后测得气体的密度为1.34g?L-1（已折成标准状况，AlN不跟O2反应）．该样品中含杂质碳
1.92
1.92
g．
问题3、丙同学受到甲、乙同学实验的启发，认为测定某氮化铝中含有碳或氧化铝杂质，可用图中I的一些装置来进行检验，根据AlN与NaOH溶液反应所生成氨气的体积来测定样品中氮化铝的质量分数，并根据实验现象来确定杂质的成分（实验中导管体积忽略不计）

（1）实验有关操作为：①往锥形瓶中放入适量的AlN样品：②从分液漏斗往锥形瓶中加入过量的浓NaOH；③检验装置的气密性；④测定收集到水的体积．
正确的操作顺序为
③①②④
③①②④
．
（2）本试验中检查装置气密性的方法是
关闭分液漏斗活塞，微热锥形瓶，广口瓶中右侧导管水柱上升，恒温时水柱并不回落
关闭分液漏斗活塞，微热锥形瓶，广口瓶中右侧导管水柱上升，恒温时水柱并不回落
．
（3）广口瓶中的试剂X可最好选用
C
C
（填选项的标号）．
A、苯    B、酒精    C、植物油    D、CCl4
（4）广口瓶的液体没有装满（上方留有少量空间），实验测得NH3的体积将
不变
不变
（填偏大、偏小或不变）．
（5）若实验中测得样品的质量为wg，氨气的体积为aL（标况下），则样品中AlN的质量分数为
4100a
22.4w
%
4100a
22.4w
%
（AlN的式量为41）．
（6）实验结束后，若观察到锥形瓶中还有固体，则样品中含有的杂质是
碳
碳
，为了测定是否含有其它杂质，则还需要哪些简单数据
碳的质量
碳的质量
．
问题4、丁同学认为，丙同学的实验方法，可能因气体体积测量不准，导致误差较大．建议改用图9中的Ⅱ装置进行同样实验，通过测定烧杯中硫酸的增重来确定样品中AlN的质量分数．你认为是否可行？
不可行
不可行
（填入“可行”、“不可行”），原因是
II中NH3极易被吸收，发生倒吸现象，同时氨气中含有水蒸气，影响氨气质量的测定
II中NH3极易被吸收，发生倒吸现象，同时氨气中含有水蒸气，影响氨气质量的测定
．最简单的改进方法为
在装置之间添加盛有碱石灰的干燥管，烧杯导管的末端接一倒扣的漏斗来吸收氨气
在装置之间添加盛有碱石灰的干燥管，烧杯导管的末端接一倒扣的漏斗来吸收氨气
．
问题5、戊同学仔细思考了丁同学的装置后，认为此装置所测测得的样品中AlN含量偏小．其原因是
反应产生的氨气不可能被完全吸收
反应产生的氨气不可能被完全吸收
．若忽略此原因的话，只要用图9中的III或IV两个装置中的一种，只需进行简单而又必要的数据测定，可比较准确地确定样品中AlN的质量分数．较合理的装置为
Ⅲ
Ⅲ
（填代号）．你认为戊同学的装置是否还有缺陷？
有
有
．若有，所测结果将偏高或偏低
偏低
偏低
，应作如何改进？
应再接一个与IV装置中完全相同的干燥管（或再接一个装有碱石灰的干燥管也行）
应再接一个与IV装置中完全相同的干燥管（或再接一个装有碱石灰的干燥管也行）
．（若无缺陷后两此格可不填）．
氮化铝（AlN）是一种新型无机材料，广泛应用与集成电路生产领域．某氮化铝中含有碳或氧化铝杂质，现用图Ⅰ中的一些装置来进行检验，使氮化铝样品和NaOH溶液反应AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑，根据反应中所生成氨气的体积来测定样品中的氮化铝的质量分数，并根据实验现象来确定杂质的成分（实验中导管体积忽略不计）．
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（1）实验有关操作为：a、往烧瓶中放入适量的AlN样品；b、从分液漏斗往烧瓶中加入过量的浓NaOH；c、检验装置的气密性；d、测定收集到水的体积．正确的操作顺序为
 
．
（2）本试验中检查装置气密性的方法是
 
．
（3）广口瓶中的试剂X可选用
 
（填选项的标号）．
A．浓氢氧化钠溶液　　B．酒精　　　C．植物油　　　D．CCl4
（4）广口瓶中液体未装满，测得NH3的体积将
 
（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）．
（5）实验结束后，若观察到锥形瓶中还有固体，则样品中含有的杂质是
 
．
（6）若样品的质量为w g，氨气的体积为a L（标准状况），AlN的质量分数为
 
．
氮化铝（AlN）是一种新型的无机材料，广泛应用于集成电路生产领域．某氮化铝样品中含有碳或氧化铝杂质，现用图I装置进行实验，使氮化铝样品与NaOH溶液反应（反应的化学方程式为AlN+NaOH+H2O═NaAlO2+NH3↑），根据反应所生成的氨气的体积来测定样品中氮化铝的质量分数，并根据实验现象确定杂质的成分．实验过程记录如下：
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a．检查装置的气密性；
b．往图I装置的锥形瓶中放入适量氮化铝样品，从分液漏斗往锥形瓶中加入过量浓NaOH溶液，立即发生剧烈反应，生成的氨将广口瓶中的水排入量筒中；
c．实验结束后，测量量筒中收集到的水的体积（包括由广口瓶到量筒的导管内的水柱的体积），进行计算．
（1）检査A装置气密性的方法是
 

（2）B装置广口瓶中的试剂X宜选用
 
 （填下列选项字母）
A．汽油   B．酒精   C．植物油   D．四氯化碳
（3）B装置广口瓶中的液体没有装满（上方留有少量空间），实验结果测得的NH3的体积将
 
．（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）．
（4）实验结束后，若观察到A装置锥形瓶中还有固体，则样品中含有的杂质是
 
．
（5）若称取wg样品进行实验，实验完成时测得氨气的体积为aL（已折算成标准状况），则样品中AlN的质量分数为
 
 （用含w、a的关系式表示，不用化简）．
（6）有人改用上图D装置进行同样实验，通过测定E装置增加的质量来确定样品中AlN的质量分数．你认为两种实验方案中
 
更好（填“图I”或“图Ⅱ”）．理由是
 
．

氮化铝(AlN)是一种新型无机非金属材料。某AlN样品仅含有趾Al2O3杂质，为测定AlN的含量，设计如下三种实验方案。（已知：AlN+NaOH+H2O＝NaAlO2＋NH3↑）

【方案1】取一定量的样品，用以下装置测定样品中AlN的纯度(夹持装置已略去)。

（1）上图C装置中球形干燥管的作用是______________。

（2）完成以下实验步骤：组装好实验装置，首先____________,再加入实验药品。接下来的实验操作是______________,打开分液漏斗活塞，加入NaOH浓溶液，至不再产生气体。打开K1，通入氮气一段时间，测定C装置反应前后的质量变化。通入氮气的目的是______________。

（3）由于装置存在缺陷，导致测定结果偏高，请提出改进意见___________。

【方案2】用右图装置测定m g样品中A1N的纯度(部分夹持装置已略去)。

(

（4）为测定生成气体的体积，量气装置中的X液体可以是_________________________。

a．CCl4????????? b．H2O???? c．NH4Cl溶液??? d．

（5）若m g样品完全反应，测得生成气体的体积为V mL(已转换为标准状况)，则AIN的质量分数__。

【方案3】按以下步骤测定样品中A1N的纯度：

（6）步骤②生成沉淀的离子方程式为___________________。

（7）若在步骤③中未洗涤，测定结果将__________(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。

 

氮化铝（AlN）是一种新型无机材料，广泛应用与集成电路生产领域．某氮化铝中含有碳或氧化铝杂质，现用图Ⅰ中的一些装置来进行检验，使氮化铝样品和NaOH溶液反应AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑，根据反应中所生成氨气的体积来测定样品中的氮化铝的质量分数，并根据实验现象来确定杂质的成分（实验中导管体积忽略不计）．

（1）实验有关操作为：a、往烧瓶中放入适量的AlN样品；b、从分液漏斗往烧瓶中加入过量的浓NaOH；c、检验装置的气密性；d、测定收集到水的体积．正确的操作顺序为______．
（2）本试验中检查装置气密性的方法是______．
（3）广口瓶中的试剂X可选用______（填选项的标号）．
A．浓氢氧化钠溶液　　B．酒精　　　C．植物油　　　D．CCl4
（4）广口瓶中液体未装满，测得NH3的体积将______（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）．
（5）实验结束后，若观察到锥形瓶中还有固体，则样品中含有的杂质是______．
（6）若样品的质量为w g，氨气的体积为a L（标准状况），AlN的质量分数为______．

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