Question

7．氮化鋁（AlN）是一種新型無機非金屬材料．工業(yè)上制備原理如下：Al₂O₃+N₂+3C═2AlN+3CO，反應中氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質的量之比為3：2．
AlN 產(chǎn)品中常含有碳等不與NaOH 溶液反應的雜質，為了分析某AlN 樣品中AlN 的含量，某實驗小
組設計了如下三種實驗方案．已知：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑
[方案1]有人想用下列圖1A、B 兩個裝置中的一種（在通風櫥內(nèi)進行），只需進行簡單而又必要的
數(shù)據(jù)測定，用差量法就可測定樣品中AlN 的質量分數(shù)，較合理的裝置是：B（填代號）．

[方案2]取一定量（m1）的樣品，用以下裝置測定樣品中AlN 的純度（夾持裝置已略去）．
如圖2C 裝置中球形干燥管的作用是防止倒吸．
完成以下實驗步驟：組裝好實驗裝置，首先檢查裝置氣密性；再加入實驗藥品，接下來關閉K₁，打
開K₂，打開分液漏斗活塞，加入NaOH 濃溶液，至不再產(chǎn)生氣體．打開K₁，通入氮氣一段時間．
請回答：I、需測定（填A、B、C）裝置反應前后的質量變化．II、通入氮氣的目的是把裝置中殘留的氨氣全部趕入C裝置．
[方案3]按以下步驟測定樣品中A1N 的含量：

（1）步驟②生成沉淀的離子方程式為CO₂+AlO₂^-+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓．
（2）步驟③的操作是過濾、洗滌．A1N 的純度是$\frac{41{m}_{2}}{51{m}_{1}}$×100%（用m₁、m₂表示）．

Answer 1

分析 依據(jù)氧化還原反應的特征顏色化合價變化分析判斷，顏色化合價升高做還原劑被氧化得到氧化產(chǎn)物，元素化合價降低做氧化劑被還原生成還原產(chǎn)物；
[方案1]根據(jù)圖可知，由于五氧化二磷能吸收氨氣和水蒸汽等，所以圖2B中裝置的質量在反應前后沒有變化，A中反應產(chǎn)生的氨氣揮發(fā)，產(chǎn)生氨氣的質量就是整個裝置的質量變化，所以可以測量得氨氣 的質量，根據(jù)氨氣的質量計算出氮化鋁的質量，進而可以確定AlN樣品的純度，據(jù)此答題；
[方案2]分析裝置和儀器作用分析，氨氣是和濃硫酸能發(fā)生反應的氣體，易發(fā)生倒吸，儀器作用是防止倒吸的作用；
組裝好實驗裝置，依據(jù)原理可知氣體制備需要先檢查裝置氣密性，加入實驗藥品．接下來的實驗操作是關閉K₁，打開K₂，反應生成氨氣后把裝置中的氣體全部趕入裝置C被濃硫酸吸收，準確測定裝置C的增重計算；
[方案3]流程分析可知，樣品溶解于過量的氫氧化鈉溶液中過濾洗滌，得到濾液和洗滌液中通入過量二氧化碳和偏鋁酸鈉反應生成氫氧化鋁沉淀，過濾洗滌得到氫氧化鋁固體，煅燒得到氧化鋁固體為m₂g；
（1）步驟②生成的沉淀是氫氧化鋁，是偏鋁酸鈉溶液中通入過量二氧化碳氣體反應生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉；
（2）上述分析可知步驟③是過濾洗滌得到氫氧化鋁沉淀，測定原理是：A1N+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓，氫氧化鋁灼燒得到氧化鋁，通過測定氧化鋁得質量來計算氮化鋁的質量．

解答 解：氮化鋁（AlN）制備：Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlN+3CO，反應中氮元素化合價從0價變化為-3價，做氧化劑被還原為AlN，碳元素化合價從0價變化為+2價，做還原劑被氧化為一氧化碳，所以氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質的量之比為3：2，
故答案為：3：2；
[方案1]根據(jù)圖可知，由于五氧化二磷能吸收氨氣和水蒸汽等，所以圖1中A中裝置的質量在反應前后沒有變化，B中反應產(chǎn)生的氨氣揮發(fā)，產(chǎn)生氨氣的質量就是整個裝置的質量變化，所以可以測量得氨氣的質量，根據(jù)氨氣的質量計算出氮化鋁的質量，進而可以確定AlN樣品的純度，圖1中B裝置合理，
故答案為：B；
[方案2]氨氣是與濃硫酸能發(fā)生反應的氣體，易發(fā)生倒吸，圖C裝置中球形干燥管的作用是防止倒吸的作用，
故答案為：防止倒吸；
組裝好實驗裝置，氣體制備需要先檢查裝置氣密性，加入實驗藥品．接下來的實驗操作是關閉K₁，打開K₂，打開分液漏斗活塞，加入NaOH濃溶液，至不再產(chǎn)生氣體．打開K₁，通入氮氣一段時間，測定C裝置反應前后的質量變化．通入氮氣的目的是，反應生成氨氣后把裝置中的氣體全部趕入裝置C被濃硫酸吸收，準確測定裝置C的增重計算，
故答案為：C；把裝置中殘留的氨氣全部趕入C裝置；
[方案3]流程分析可知，樣品解于過量的氫氧化鈉溶液中過濾洗滌，得到濾液和洗滌液中通入過量二氧化碳和偏鋁酸鈉反應生成氫氧化鋁沉淀，過濾洗滌得到氫氧化鋁固體，煅燒得到氧化鋁固體為m₂g，
（1）步驟②生成的沉淀是氫氧化鋁，是偏鋁酸鈉溶液中通入過量二氧化碳氣體反應生成，反應的離子方程式為CO₂+AlO₂^-+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓，
故答案為：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓；
（2）上述分析可知步驟③是過濾洗滌得到氫氧化鋁沉淀，測定原理是：A1N+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓，氫氧化鋁灼燒得到氧化鋁，通過測定氧化鋁得質量來計算氮化鋁的質量，Al₂O₃物質的量=$\frac{{m}_{2}g}{102g/mol}$=$\frac{{m}_{2}}{102}$mol，依據(jù)鋁元素守恒得到樣品中氮元素物質的量=n（AlN）=$\frac{{m}_{2}}{102}$mol×2=$\frac{{m}_{2}}{51}$mol，A1N的純度=$\frac{\frac{{m}_{2}}{51}×41}{{m}_{1}}$×100%=$\frac{41{m}_{2}}{51{m}_{1}}$×100%，
故答案為：過濾、洗滌；$\frac{41{m}_{2}}{51{m}_{1}}$×100%．

點評 本題考查了物質組成的實驗探究、實驗基本操作、物質組成的計算應用，注意過程的理解應用，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．