Question

7．氮化铝（AlN）广泛应用于集成电路，其制备原理是将氧化铝与碳粉混合均匀，在持续流动的氮气流中加热至1750℃，发生如下反应：
①2Al₂O₃（s）?4Al（g）+3O₂（g）
②2C（s）+O₂（g）?2CO（g）
③2Al（g）+N₂（g）?2AlN（s）
（1）断开N₂分子内的共价键要吸收热量（填“吸收”或“放出”）
（2）分析反应②对①、③平衡移动的影响反应②消耗O₂会使反应①的平衡右移，使Al（g）浓度增大，反应③的平衡右移，提高AlN的产率．
（3）Al₂O₃、C、N₂合成AlN的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{3}（CO）}{c（{N}_{2}）}$．
（4）用蒸馏法测定产品中AlN的含量，装置如下（加热及夹持装置略）：

①AlN与NaOH溶液反应产生NH₃的化学方程式是AlN+H₂O+NaOH=NaAlO₂+NH₃↑
②锥形瓶内吸收NH₃的离子方程式是NH₃+H⁺=NH₄⁺
③检验NH₃是否完全蒸出的方法是：另取少量蒸馏出的溶液，用红色石蕊试纸检验，观察试纸是否变蓝色（将检验过程补充完整）．
④NH₃完全吸收后，向锥形瓶中加入指示剂，用浓度为c（NaOH）mol/L的NaOH标准溶液滴定过量的H₂SO₄，终点时用去标准溶液的体积为V（NaOH）mL．下面有关计算正确的是B．
A．样品中AlN的质量：41×V（NaOH）．c（NaOH）×10^-3
B．AlN的质量分数：$\frac{41×[2V（{H}_{2}S{O}_{4}）c（{H}_{2}S{O}_{4}）-V（NaOH）．c（NaOH）]×1{0}^{-3}}{m}$×100
C．锥形瓶吸收NH₃的物质的量：[V（H₂SO₄）．c（H₂SO₄）-v（NaOH）．c（NaOH）×10?????????

Answer 1

分析 （1）化学键断裂需要吸收能量；
（2）浓度对化学平衡的影响是，增大反应物浓度或减小生成物浓度平衡正向进行，增大生成物浓度或减小反应物浓度，平衡逆向进行；所以反应②对于反应①③来说都是增大反应物浓度，平衡正向进行提高AlN的产率；
（3）先书写此反应的化学方程式，Al₂O₃+3C+N₂=2AlN+3CO，反应中的纯液体和固体不能列入表达式；
（4）①AlN与NaOH溶液反应生成偏铝酸钠和氨气；
②锥形瓶内吸收NH₃的反应是硫酸和氨气反应生成硫酸铵，据此书写离子方程式；
③取少量蒸馏出的溶液，利用氨水溶液显碱性检验，可以利用红色石蕊试纸检验，观察试纸是否变蓝检验，或利用酚酞溶液观察溶液是否变红色；
④氢氧化钠溶液滴定时依据化学反应的定量关系计算，根据锥形瓶中总的硫酸物质的量计算出AlN的量，m（Al）=[2c（H₂SO₄）•v（H₂SO₄）-c（NaOH）•V（NaOH）]×10^-3×41；

解答 解：（1）化学键断裂需要吸收能量，形成化学键放出热量，断开N₂分子内的共价键要吸收热量；
故答案为：吸收；
（2）浓度对化学平衡的影响是，增大反应物浓度或减小生成物浓度平衡正向进行，增大生成物浓度或减小反应物浓度，平衡逆向进行，反应②消耗O₂会使反应①的平衡右移，使Al（g）浓度增大，反应③的平衡右移，提高AlN的产率，所以反应②对于反应①③来说都是增大反应物浓度，平衡正向进行提高AlN的产率；
故答案为：反应②消耗O₂使反应①的平衡右移，使Al（g）浓度增大，反应③的平衡右移，提高AlN的产率；
（3）Al₂O₃、C、N₂合成AlN的反应的化学方程式为，Al₂O₃+3C+N₂=2AlN+3CO，反应中的纯液体和固体不能列入表达式，此反应的平衡常数K=$\frac{{c}^{3}（CO）}{c（{N}_{2}）}$；
故答案为：$\frac{{c}^{3}（CO）}{c（{N}_{2}）}$；
（4）①AlN与NaOH溶液反应生成偏铝酸钠和氨气，反应的化学方程式为：AlN+H₂O+NaOH=NaAlO₂+NH₃↑；
故答案为：AlN+H₂O+NaOH=NaAlO₂+NH₃↑；
②锥形瓶内吸收NH₃的反应是硫酸和氨气反应生成硫酸铵，据此书写离子方程式为：NH₃+H⁺=NH₄⁺；
故答案为：NH₃+H⁺=NH₄⁺；
③检验NH₃是否完全蒸出的方法是，取少量蒸馏出的溶液，利用氨水溶液显碱性检验，可以利用红色石蕊试纸检验，观察试纸是否变蓝检验，若不变蓝色说明完全蒸出，或利用酚酞溶液观察溶液是否变红色，不变红色证明NH₃是完全蒸出；
故答案为：用红色石蕊试纸检验，观察试纸是否变蓝色；
④A、氢氧化钠溶液消耗的量是中和剩余硫酸的量，故A错误；
B、硫酸和NH₃完全吸收后，向锥形瓶中加入指示剂，用浓度为c（NaOH）mol/L的NaOH标准溶液滴定过量的H₂SO₄，终点时用去标准溶液的体积为V（NaOH）mL，氢氧化钠溶液滴定时依据化学反应的定量关系计算，AlN+H₂O+NaOH=NaAlO₂+NH₃↑；根据锥形瓶中总的硫酸物质的量计算出AlN的量，m（AlN）=[2c（H₂SO₄）•v（H₂SO₄）-c（NaOH）•V（NaOH）]×10^-3×41，质量分数=$\frac{41×[2c（{H}_{2}S{O}_{4}）V（{H}_{2}S{O}_{4}）-c（NaOH）V（NaOH）]}{m}$×10^-3×100%，故B正确；
C、锥形瓶吸收NH₃的物质的量：[2V（H₂SO₄）．c（H₂SO₄）-v（NaOH）．c（NaOH）]×10^-3?，故C错误；故答案为：B．

点评 本题以AlN的制备的工业流程为载体，考查了反应热、化学平衡、陌生化学方程式书写、物质的检验、有关滴定实验的计算等内容，综合性强，难度中等．