Question

氮化铝（AlN）是新型的电子绝缘基片材料，用于大型和超大型集成电路中．某兴趣小组开展了制取氮化铝并测定所得样品中氮化铝的质量分数的实验．
【实验一】制取氮化铝样品
【查阅资料】在高温下氮气、碳和三氧化二铝反应可以生成氮化铝粉和一氧化碳，用此方法制得的氮化铝中含少量杂质碳和氧化铝．
【实验设计】兴趣小组的同学分成甲、乙两组，分别设计了实验．
甲组：利用空气为原料，除去其它成分来获得氮气，进而和碳、三氧化二铝反应制取氮化铝．
请回答：
（1）如果洗气瓶A、B中的溶液互换位置，则空气中的______将不能除去；
（2）写出D中反应的化学方程式______ 2AlN+3CO

Answer

【实验一】
甲组：（1）根据氢氧化钠溶液与浓硫酸在实验中的作用，分析当两种装置互换位置对实验的影响；
（2）根据对反应的说明，在高温下氮气、碳和三氧化二铝反应可以生成氮化铝粉和一氧化碳，写出反应的化学方程式；
乙组：根据实验中所出现的现象，推断ⅰ中发生的反应，写出该反应的化学方程式；
【实验反思】（1）对比两种实验方案，对反应后生成CO的处理进行分析，判断实验设计中的问题；
（2）对比两种实验方案，对获得氮气的实验过程进行比较，评价获得氮气方案的优缺点；
【实验二】
【实验反思】根据资料中氨气易溶于水的信息，分析实验中存在的用排水法测定氨气体积中的问题，判断该问题对实验结果的影响；
【实验讨论】（1）根据对实验操作中需要确保装置气密性的认识，判断实验开始之前应进行的操作；
（2）根据装置中药品或仪器的使用方法，分析实验中所涉及装置的作用，判断所指定装置对实验的影响；
（3）对比浓硫酸与稀硫酸在实验中作用的异同，判断用浓硫酸代替稀硫酸对实验结果的影响；
（4）分析缓缓通入空气的操作对实验中残留气体的影响，推断该操作在实验过程中的目的；
【实验结论】利用所测得氨气的质量，根据反应的化学方程式计算出样品中氮化铝的质量，从而求出样品中氮化铝的质量分数．
【解析】
【实验一】
甲组：（1）氢氧化钠溶液吸收空气中二氧化碳，浓硫酸吸收通过氢氧化钠溶液的气体中的水，若两装置交换位置，则气体中的水不能被吸收；
（2）根据信息：在高温下氮气、碳和三氧化二铝反应可以生成氮化铝粉和一氧化碳，装置D中发生反应化学方程式为：N2+3C+Al2O32AlN+3CO；
乙组：把氨气通入盛有氧化铜的玻璃管i，加热后观察到玻璃管内固体变成红色，说明有铜生成，装置ii中浓硫酸质量增加，说明生成了水，结合该反应能得到氮气的实验目的，装置i中发生反应的化学方程式为2NH3+3CuO3Cu+3H2O+N2；
【实验反思】（1）生成氮化铝的过程中产生的CO是一种有毒气体，直接排放到空气中会造成空气的污染，因此实验中没有对尾气进行处理会造成空气污染；
（2）甲组利用空气中含有78%的氮气资源获得氮气，相对较乙组由氨气获得的方法而言，甲组的实验不受实验室药品的限制；而甲组需要经过三步实验才能得到氮气，而乙组一步实验即获得了氮气，所以，甲组实验相对繁琐；
【实验二】
【实验反思】实验过程中测量氨气体积时，气体体积会受压强的不同而造成较大误差，而且实验中用排出水的方法测量体积，由于氨气易溶于水，所测得体积一定会小于实际体积，导致结果偏小；
【实验讨论】（1）在进行实验前要确保装置气密性良好，因此应先进行气密性的检查；
（2）碱石灰能吸收气体中的水，防止水对测量质量的影响；使用漏斗进行氨气的吸收，可以防止吸收过程中造成溶液的倒吸；
（3）若使用浓硫酸，浓硫酸吸收空气中的水，使得测量氨气质量偏大，而使结果偏大；
（4）从导管A处缓缓鼓入一定量的空气，可以使装置内残留的氨气全部被稀硫酸吸收，以保证实验的准确性；
【实验结论】反应生成氨气的质量=203.4g-200g=3.4g，设氮化铝的质量为x
AlN+NaOH+H2O═NaAlO2+NH3↑
41                   17
x                    3.4g
=  x=8.2g
样品中的氮化铝的质量分数=×100%=90%．
故答案为：
【实验一】
甲组：（1）水；（2）N2+3C+Al2O32AlN+3CO；
乙组：2NH3+3CuO3Cu+3H2O+N2；
【实验反思】（1）未对反应生成的CO进行处理而直接排放到空气中；（2）甲组利用空气获得氮气，可以不受药品限制，但操作方法过于繁琐；
【实验二】
【实验反思】没有考虑氨气溶于水而会使测定结果偏小；体积的测量会因压强等其它因素的影响而不准确；
【实验讨论】（1）装置气密性；（2）除去气体中的水；防止液体倒吸；（3）偏大；（4）使反应产生的氨气充分吸收；
【实验结论】反应生成氨气的质量=203.4g-200g=3.4g，设氮化铝的质量为x
AlN+NaOH+H2O═NaAlO2+NH3↑
41                   17
x                   3.4g
= x=8.2g
样品中的氮化铝的质量分数=×100%=90%．