Question

5．氮化鋁（AlN）是新型的電子絕緣基片材料，用于大型和超大型集成電路中．某興趣小組開展了制取氮化鋁并測定所得樣品中氮化鋁的質(zhì)量分數(shù)的實驗．
【實驗一】制取氮化鋁樣品
【查閱資料】在高溫下氮氣、碳和三氧化二鋁反應(yīng)可以生成氮化鋁粉和一氧化碳，用此方法制得的氮化鋁中含少量雜質(zhì)碳和氧化鋁．
【實驗設(shè)計】利用空氣為原料，除去其它成分來獲得氮氣，進而和碳、三氧化二鋁反應(yīng)制取氮化鋁．

請回答：
（1）如果洗氣瓶A、B中的溶液互換位置，則空氣中的水將不能除去；
（2）寫出D中反應(yīng)的化學(xué)方程式N₂+3C+Al₂O₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2AlN+3CO；
【實驗二】測定所制氮化鋁樣品中氮化鋁的質(zhì)量分數(shù)
【查閱資料】
（1）Al₂O₃+2NaOH═2NaAlO₂+H₂O；　
（2）AlN+NaOH+H₂O═NaAlO₂+NH₃↑．
（3）氨氣易溶于水且易與酸反應(yīng)．
【實驗設(shè)計】實驗步驟如下：
①按如圖乙組裝儀器，將9.1g氮化鋁樣品放入錐形瓶中，在分液漏斗中加入一定量的濃NaOH溶液
②稱得盛有稀硫酸的燒杯和漏斗的總質(zhì)量為200g
③打開止水夾C，從分液漏斗向錐形瓶中滴入濃NaOH溶液，直到不再產(chǎn)生氣體為止
④打開止水夾B，從導(dǎo)管A處緩緩鼓入一定量的空氣
⑤再次稱量盛有稀硫酸的燒杯和漏斗的質(zhì)量和為203.4g
⑥重復(fù)實驗④⑤步驟后稱得盛有稀硫酸的燒杯和漏斗的總質(zhì)量仍為203.4g
【實驗討論】
（1）步驟①加入樣品前還應(yīng)檢查裝置氣密性．
（2）裝置中使用漏斗的目的是防止液體倒吸．
（3）如果把燒杯中的稀硫酸換成濃硫酸，測定結(jié)果會偏大（填“偏大”或“偏小”）．
（4）步驟④的目的是使反應(yīng)產(chǎn)生的氨氣充分吸收．
【實驗結(jié)論】所制氮化鋁樣品中氮化鋁的質(zhì)量分數(shù)為90%．

Answer 1

分析 【實驗一】
甲組：（1）根據(jù)氫氧化鈉溶液與濃硫酸在實驗中的作用，分析當兩種裝置互換位置對實驗的影響；
（2）根據(jù)對反應(yīng)的說明，在高溫下氮氣、碳和三氧化二鋁反應(yīng)可以生成氮化鋁粉和一氧化碳，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
【實驗二】
【實驗討論】（1）根據(jù)對實驗操作中需要確保裝置氣密性的認識，判斷實驗開始之前應(yīng)進行的操作；
（2）根據(jù)裝置中藥品或儀器的使用方法，分析實驗中所涉及裝置的作用，判斷所指定裝置對實驗的影響；
（3）對比濃硫酸與稀硫酸在實驗中作用的異同，判斷用濃硫酸代替稀硫酸對實驗結(jié)果的影響；
（4）分析緩緩?fù)ㄈ肟諝獾牟僮鲗�實驗中殘留氣體的影響，推斷該操作在實驗過程中的目的；
【實驗結(jié)論】利用所測得氨氣的質(zhì)量，根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式計算出樣品中氮化鋁的質(zhì)量，從而求出樣品中氮化鋁的質(zhì)量分數(shù)．

解答 解：【實驗一】
甲組：（1）氫氧化鈉溶液吸收空氣中二氧化碳，濃硫酸吸收通過氫氧化鈉溶液的氣體中的水，若兩裝置交換位置，則氣體中的水不能被吸收；
（2）根據(jù)信息：在高溫下氮氣、碳和三氧化二鋁反應(yīng)可以生成氮化鋁粉和一氧化碳，裝置D中發(fā)生反應(yīng)化學(xué)方程式為：N₂+3C+Al₂O₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2AlN+3CO；
【實驗二】
【實驗討論】（1）在進行實驗前要確保裝置氣密性良好，因此應(yīng)先進行氣密性的檢查；
（2）堿石灰能吸收氣體中的水，防止水對測量質(zhì)量的影響；使用漏斗進行氨氣的吸收，可以防止吸收過程中造成溶液的倒吸；
（3）若使用濃硫酸，濃硫酸吸收空氣中的水，使得測量氨氣質(zhì)量偏大，而使結(jié)果偏大；
（4）從導(dǎo)管A處緩緩鼓入一定量的空氣，可以使裝置內(nèi)殘留的氨氣全部被稀硫酸吸收，以保證實驗的準確性；
【實驗結(jié)論】反應(yīng)生成氨氣的質(zhì)量=203.4g-200g=3.4g，設(shè)氮化鋁的質(zhì)量為x
AlN+NaOH+H₂O═NaAlO₂+NH₃↑
41                   17
x                    3.4g
$\frac{41}{x}$=$\frac{17}{3.4g}$  x=8.2g
樣品中的氮化鋁的質(zhì)量分數(shù)=$\frac{8.2g}{9.1g}$×100%=90%．
故答案為：
【實驗一】
甲組：（1）水；（2）N₂+3C+Al₂O₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2AlN+3CO；
【實驗二】
【實驗討論】（1）裝置氣密性；（2）防止液體倒吸；（3）偏大；（4）使反應(yīng)產(chǎn)生的氨氣充分吸收；
【實驗結(jié)論】90%．

點評 通過閱讀整個實驗過程，理解實驗的原理、操作方法及實驗?zāi)康�，為解答此類問題所要著力完成的基礎(chǔ)