Question

近两年来无人驾驶汽车的大热使得激光雷达成为人们关注的焦点，激光雷达的核心部件需要一种氮化铝(A1N)导热陶瓷片。下图是从铝土矿(主要成分为A1₂O₃,还含有少量SiO₂、 Fe₂O₃等杂质)中提取A1₂O₃并生产A1N的工艺流程：

(1)“溶解”时，已知溶液中的硅酸钠与偏铝酸钠可发生反应：2Na₂SiO₃+2NaA1O₂+2H₂O=== Na₂Al₂Si₂O₈↓ +4NaOH。赤泥的主要成分除了生成的Na₂Al₂Si₂O₈还有________(写出化学式)，Na₂Al₂Si₂O₈用氧化物的形式表示为______________________________________________________。

(2) “酸化”时通入过量CO₂与NaA1O₂反应生成NaHCO₃ 和另一种白色沉淀，试写出该反应的化学方程式________________________________；实验室过滤需用到的玻璃仪器有烧杯、_____________________、玻璃棒。

(3)“还原”时，炭黑在高温下被氧化为CO,反应的化学方程式为_____________；

(4)已知：AlN+NaOH + H₂O===NaA1O₂+NH₃ ↑。现取氮化铝样品5.0 g(假设杂质只含有炭黑)加到100 mL 1. 0 mol • L^-1的NaOH溶液中恰好反应完，则该样品中A1N的质量分数为 ___________________。

Answer

Fe2O3 Na2O•Al2O3•2SiO2 NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3 漏斗 Al2O3＋N2＋3C2AlN＋3CO ↑ 82%

【解析】

铝土矿(主要成分为A12O3,还含有少量SiO2、 Fe2O3等杂质)，铝土矿中加入氢氧化钠溶液，SiO2和A12O3溶于氢氧化钠溶液，溶液中的硅酸钠与偏铝酸钠发生反应：2Na2SiO3+2NaA1O2+2H2O=== Na2Al2Si2O8↓ +4NaOH，氧化铁不溶于氢氧化钠溶液，所以过滤得到的赤泥为Fe2O3、Na2Al2Si2O8，滤液主要为偏铝酸钠溶液，偏铝酸钠溶液中通入过量的二氧化碳酸化得到的沉淀为氢氧化铝，过滤得到的滤液主要为NaHCO3溶液，氢氧化铝灼烧得到氧化铝，氧化铝、碳黑、氮气在高温下生成氮化铝，同时碳被氧化为CO，据此解答此题。

（1）氧化铁与氢氧化钠不反应，则赤泥的主要成分为Fe2O3、Na2Al2Si2O8，Na2Al2Si2O8用氧化物的形式表示为Na2O•Al2O3•2SiO2；

答案为：Fe2O3 ；Na2O•Al2O3•2SiO2 ；

（2）“酸化”时通入过量CO2与NaA1O2反应生成Al(OH)3，反应的化学方程式为：NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3；实验室过滤需用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒；

答案为：NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3；漏斗；

（3）氧化铝、碳黑、氮气在高温下生成氮化铝，同时碳黑被氧化为CO，反应的化学方程式为：Al2O3＋N2＋3C2AlN＋3CO ↑；

答案为：Al2O3＋N2＋3C2AlN＋3CO ↑；漏斗；

（4）加到100 mL 1. 0 mol • L-1的NaOH溶液中恰好反应完，则n(NaOH)=0.1L1.0mol/L=0.1mol，根据反应AlN+NaOH + H2O===NaA1O2+NH3 ↑可知，n(AlN)= n(NaOH)=0.1mol，所以AlN的质量分数为： ；

答案为：82%；