Question

氮化鋁是一種新型的無(wú)機(jī)非金屬材料，被廣泛應(yīng)用于集成電路生產(chǎn)領(lǐng)域．在氮?dú)饬髦杏裳趸�鋁與焦炭在電爐中加熱制得．原料配比不當(dāng)或反應(yīng)不完全等因素都會(huì)造成產(chǎn)品中含有碳、Al₄C₃或Al₂O₃等雜質(zhì)．回答下列問(wèn)題：
（1）反應(yīng)Al₂O₃+N₂+3C 

高溫  .

2AlN+3CO中，氧化劑是

 

（2）探究氮化鋁與酸的反應(yīng)，并檢驗(yàn)生成產(chǎn)物中含有NH₄⁺．請(qǐng)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟．
步驟1：取少量樣品于試管中，滴加稀H₂SO₄至溶液呈酸性
步驟2：

 

．
（3）AlN也可以與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)．完成下列方程式：
AlN+NaOH+H₂O=

 

+

 

（4）Al ₄C₃與水反應(yīng)生成甲烷，甲烷與CuO反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：
CH₄+4CuO 

△   .

 CO₂+2H₂O+4Cu 測(cè)定產(chǎn)品中有關(guān)成分的含量，所需儀器如下：

Ⅰ．測(cè)定樣品中含有少量Al₄C₃的含量，各裝置連接的順序?yàn)锳→C→F→C→D→E．主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：
①稱量D的質(zhì)量，按順序組裝儀器，將試樣放入錐形瓶中，檢查裝置的氣密性
②從分液漏斗緩緩滴入稀硫酸，直到不再產(chǎn)生氣體時(shí)為止
③點(diǎn)燃F酒精燈
④緩緩鼓入一定量的N₂
⑤再次緩緩鼓入一定量的N₂
⑥再次稱量D的質(zhì)量
⑦重復(fù)步驟⑤和⑥的操作，直到D的質(zhì)量基本不變
操作的先后順序是①→

 

→⑤→⑥→⑦，操作④的目的是

 

．
Ⅱ．為測(cè)定AlN的含量，請(qǐng)選擇合適的藥品和裝置，按氣流方向連接各裝置，其順序?yàn)椋?br />

 

→

 

→

 

→E，試樣為mg，測(cè)得C增重n g，則AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是

 

．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)化學(xué)方程式中元素化合價(jià)的變化分析，元素化合價(jià)降低的元素所在物質(zhì)為氧化劑；
（2）依據(jù)銨根離子的檢驗(yàn)方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行檢驗(yàn)；
（3）AlN是一種良好的耐熱沖擊材料，可溶解于強(qiáng)堿溶液生成偏鋁酸鈉和氨氣；
（4）Ⅰ、依據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置連接順序和測(cè)定成分發(fā)生的反應(yīng)分析判斷，裝置中的空氣需要趕凈，把樣品溶于稀硫酸完全反應(yīng)，利用氮?dú)獍焉�成的甲烷全部趕到F裝置反應(yīng)，減少誤差；
Ⅱ、氮化鋁水解生成氫氧化鋁和氨氣，氨氣是堿性氣體，干燥需要用堿石灰，吸收可以用濃硫酸，最后稱重計(jì)算．

解答：解：（1）反應(yīng)Al₂O₃+N₂+3C 

高溫  .

2AlN+3CO中，氮元素化合價(jià)從0價(jià)變化為-3價(jià)，化合價(jià)降低做氧化劑，碳元素化合價(jià)從0價(jià)變化為+2價(jià)做還原劑；
故答案為：N₂ ；
（2）檢驗(yàn)生成產(chǎn)物中含有NH₄⁺，取少量樣品于試管中，滴加稀H₂SO₄至溶液呈酸性，取反應(yīng)后的溶液加入足量NaOH溶液，加熱，用濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙檢驗(yàn)產(chǎn)生的氣體，若試紙變藍(lán)，說(shuō)明存在NH₄⁺；
故答案為：取反應(yīng)后的溶液加入足量NaOH溶液，加熱，用濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙檢驗(yàn)產(chǎn)生的氣體，若試紙變藍(lán)，說(shuō)明存在NH₄⁺；
（3）解答：AlN是一種良好的耐熱沖擊材料，可溶解于強(qiáng)堿溶液生成偏鋁酸鈉和氨氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：AlN+NaOH+H₂O═NH₃↑+NaAlO₂，
故答案為：AlN+NaOH+H₂O═NH₃↑+NaAlO₂；
（4）Ⅰ．若各裝置連接的順序?yàn)椋篈→C→F→C→D→E，稱量D的質(zhì)量，按順序組裝儀器，檢查裝置的氣密性，將試樣放入錐形瓶中，裝置中的空氣需要趕凈，把樣品溶于稀硫酸完全反應(yīng)，利用氮?dú)獍焉�成的甲烷全部趕到F裝置反應(yīng)，CH₄與CuO發(fā)生反應(yīng)：CH₄+4CuO

△   .

CO₂+2H₂O+4Cu，減少測(cè)定誤差，所以需要補(bǔ)充的步驟為：④緩緩鼓入一定量的N₂；③點(diǎn)燃F酒精燈；②從分液漏斗緩緩滴入稀硫酸，直到不再產(chǎn)生氣體時(shí)為止；操作④緩緩鼓入一定量的N₂，把裝置中的空氣排凈，防止爆炸；
故答案為：④→③→②；將裝置中的空氣排盡，防止爆炸；
Ⅱ．為測(cè)定AlN的含量，分析AlN能夠水解生成氫氧化鋁和氨氣，氨氣是堿性氣體，用堿石灰吸收水蒸氣后再用濃硫酸吸收氨氣，稱重計(jì)算，所以裝置連接為B-D-C；若試樣為mg，測(cè)得C增重ng為氨氣的質(zhì)量，樣品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

ng 17g/mol ×41g/mol

mg

×100%=

41n

17m

×100%；
故答案為：B、D、C；

41n

17m

×100%

點(diǎn)評(píng)：本題考查了物質(zhì)組成和探究方法和實(shí)驗(yàn)分析判斷，離子檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)步驟的理解和設(shè)計(jì)是解題關(guān)鍵，題目難度較大．