Question

氮化铝（AIN）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，设计下图实验装置。

试回答：

（1）实验中用饱和NaNO₂与 NH₄Cl溶液制取氮气的化学方程式为_____________。

（2）装置中分液漏斗与蒸馏烧瓶之间的导管A的作用是__________（填写序号）。

a.防止NaNO₂饱和溶液蒸发 b.保证实验装置不漏气 c.使NaNO₂饱和溶液容易滴下

（3）按图连接好实验装置，检查装置气密性的方法是__________________________。

（4）化学研究小组的装置存在严重问题，请说明改进的办法_____________________。

（5）反应结束后，某同学用下图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Na[Al(OH)₄]和氨气

。

①广口瓶中的试剂X最好选用_______（填写序号）。

a.汽油 b.酒精 c.植物油 d.CCl₄

②广口瓶中的液体没有装满（上方留有空间），则实验测得NH₃的体积将____（填“偏大”、“偏小”、“不变”）。

③若实验中称取氮化铝样品的质量为10.0g，测得氨气的体积为3.36L（标准状况），则样品中AlN的质量分数为___________。

Answer

NaNO2＋NH4ClNaCl＋N2↑＋2H2O c 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（其它答案合理即可） ）在干燥管D末端连一尾气处理装置（答案合理即可） c 不变 61.5%

【解析】

（1）饱和NaNO2与 NH4Cl溶液反应生成氯化钠、氮气和水；

（2）根据实验的需要结合大气压强原理来回答；

（3）只要先将装置密封再利用热胀冷缩原理进行气密性验证；

（4）实验必须对有毒气体进行尾气处理，防止空气污染；

（5）①根据广口瓶中的试剂X的作用考虑；

②根据反应前后广口瓶的上方留有的少量空间填充气体变化考虑；

③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。

(1)饱和NaNO2与 NH4Cl溶液制取氮气，则根据原子守恒可知，还应该有水和氯化钠生成，因此实验中用饱和NaNO2与 NH4Cl溶液制取氮气的化学方程式为NaNO2＋NH4ClNaCl＋N2↑＋2H2O；

（2）由于蒸馏烧瓶中有气体生成，压强大，分液漏斗中的液体不易滴下；分液漏斗与蒸馏烧瓶之间的导管A连接后，可以保持压强相同，使NaNO2饱和溶液容易滴下，答案选c；

（3）一般常用空气热胀冷缩法，因此根据该实验装置的特点可知，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；

（4）由于氮气、氧化铝和活性炭制取氮化铝的同时，还有CO生成，所以必须有尾气处理装置，即在干燥管D末端连一尾气处理装置；

（5）①氮化铝和NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4]和氨气，所以要通过排水法测量氨气的体积，则根据氨气极易溶于水可知，X应该是密度小于水与水不溶的试剂。汽油易挥发，a不正确。酒精和水互溶，四氯化碳密度大于水，因此选项bd均不正确。植物油密度小于水、不溶于水，c正确，答案选c；

②广口瓶中的液体没有装满（上方留有空间），由于排除的水是依据压强差来完成的，所以对实验结果不影响，即则实验测得NH3的体积将不变；

③测得氨气的体积为3.36L（标准状况），氨气的物质的量是3.36L÷22.4L/mol＝0.15mol，则根据氮原子守恒可知，氮化铝的物质的量是0.15mol，质量是0.15mol×41g/mol＝6.15g，所以品中AlN的质量分数为×100%＝61.5%。