Question

3．氮化铝（AlN）是一种新型无机材料，广泛应用于集成电路生产领域．某化学研究小组利用氮气、氧化铝和活性炭制取氮化铝，设计如图1实验装置．请回答：

（1）按图连接好实验装置，检查装置气密性的方法是在干燥管D末端连接一导管，将导管插入烧杯中的液面下，用酒精灯微热蒸馏烧瓶，导管口有气泡冒出，撤掉酒精灯一段时间，导管内上升一段水柱，说明气密性良好
（2）写出以下仪器的名称：A（恒压）分液漏斗 B干燥管
（3）实验中制取氮化铝（碳过量）的化学方程式为Al₂O₃+3C+N₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlN+3CO
（4）化学研究小组的此装置存在严重缺陷，请说明改进的方法在干燥管D末端连一尾气处理装置
（5）反应结束后，某同学用图2装置进行实验来测定氮化铝样品的质量分数（实验中导管体积忽略不计）．已知：氮化铝和NaOH溶液反应生成NaAlO₂和氨气．
①量气管中的液体最好是c（填字母编号，下同）．
a．浓NaOH溶液  b．氨水
c．煤油        d．饱和氯化铵溶液
②本实验应对量气管多次读数，读数时应注意：a．视线与凹液面最低处相平b．恢复至室温c．使量气管与干燥管两端液面相平
③实验获得以下数据（所有气体体积均已换算成标准状况，忽略滴入液体体积对气体体积的影响）：

编号	氮化铝样品质量	量气管第一次读数	量气管第二次读数
①	1.0g	350.0mL	13.7mL
②	1.0g	350.0mL	25.0mL
③	1.0g	350.0mL	14.3mL

根据上述数据，可计算出样品中AlN的质量分数为61.5%．

Answer 1

分析 制取氮化铝：用饱和NaNO₂与NH₄Cl溶液制取氮气NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O，装置中分液漏斗与蒸馏烧瓶之间的导管A，平衡内外压强，使NaNO₂ 饱和溶液容易滴下，制得的氮气排尽装置中的空气，碱石灰干燥氮气，氧化铝、碳和氮气在高温的条件下生成氮化铝和一氧化碳，方程式为：Al₂O₃+3C+N₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2AlN+3CO，D防止空气进入反应装置干扰实验．
（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）根据仪器形状确定仪器名称；
（3）氧化铝、碳和氮气在高温的条件下生成氮化铝和一氧化碳；
（4）实验必须对有毒气体进行尾气处理，防止空气污染；
（5）①产生的氨气极易溶于水，为防止氨气溶于水需要把气体与水隔离，因此应选择不能与氨气产生作用的液体；
②量气管与干燥管两边压强相等；
③根据量气管的第一次读数-第二次读数=生成氨气的体积，求出生成氨气的平均值，根据氨气的体积计算出物质的量，得出其中氮原子的物质的量，根据氮原子守恒，来计算氮化铝的百分含量．

解答 解：制取氮化铝：用饱和NaNO₂与NH₄Cl溶液制取氮气NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O，装置中分液漏斗与蒸馏烧瓶之间的导管A，平衡内外压强，使NaNO₂ 饱和溶液容易滴下，制得的氮气排尽装置中的空气，碱石灰干燥氮气，氧化铝、碳和氮气在高温的条件下生成氮化铝和一氧化碳，方程式为：Al₂O₃+3C+N₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2AlN+3CO，D防止空气进入反应装置干扰实验．
（1）关闭分液漏斗开关，使装置处于密闭体系，将导管一端浸入水中，用手紧握锥形瓶外壁，由于热胀冷缩，锥形瓶内气体受热膨胀，如果导管口有气泡冒出，说明气密性良好，否则装置漏气，
故答案为：在干燥管D末端连接一导管，将导管插入烧杯中的液面下，用酒精灯微热蒸馏烧瓶，导管口有气泡冒出，撤掉酒精灯一段时间，导管内上升一段水柱，证明气密性良好；
（2）A为（恒压）分液漏斗；B为干燥管，故答案为：（恒压）分液漏斗；干燥管；
（3）氧化铝、碳和氮气在高温的条件下生成氮化铝和一氧化碳：Al₂O₃+3C+N₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlN+3CO，故答案为：Al₂O₃+3C+N₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlN+3CO；
（4）实验必须对有毒气体进行尾气处理，应在干燥管D末端连接一个尾气处理装置，防止空气污染，故答案为：在干燥管D末端连接一个尾气处理装置；
（5）①浓NaOH溶液、氨水、饱和氯化铵溶液都是水溶液，氨气极易溶于水；而煤油既不溶于水，密度小于水也不易挥发，可以把氨气与水进行隔离；
故答案为：C；
②每次读数前应上下移动水准管，待两管液面相平再读数是为了防止水的压强造成的误差，故答案为：使量气管与干燥管两端液面相平；
③第2次测量数据误差较大，可不用，生成氨气的体积=$\frac{（350-13.7）+（350-14.3）}{2}$=336.0mL=0.336L，物质的量是0.015mol，所以氮化铝的物质的量是0.015mol，质量是0.015mol×41g/mol=0.615g，所以氮化铝的质量分数为$\frac{0.615}{1}$×100%=61.5%，
故答案为：61.5%．

点评 本题考查对实验原理的理解与实验操作评价、物质含量测定、化学计算等，题目难度中等，理解实验原理是关键，是对所学知识的综合运用，需要学生具备扎实的基础知识与综合运用知识分析问题、解决问题的能力，学习中全面把握基础知识．