Question

氮化鋁是一種新型的無機非金屬材料，被廣泛應用于集成電路生產領域．在氮氣流中由氧化鋁與焦炭在電爐中加熱制得．原料配比不當或反應不完全等因素都會造成產品中含有碳、Al₄C₃或Al₂O₃等雜質．回答下列問題：
（1）反應Al₂O₃+N₂+3C 

高溫  .

2AlN+3CO中，氧化劑是

 

（2）探究氮化鋁與酸的反應，并檢驗生成產物中含有NH₄⁺．請完成下列實驗步驟．
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也可以與強堿溶液反應．完成下列方程式：
AlN+NaOH+H₂O=

 

+

 

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

△   .

 CO₂+2H₂O+4Cu 測定產品中有關成分的含量，所需儀器如下：

Ⅰ．測定樣品中含有少量Al₄C₃的含量，各裝置連接的順序為A→C→F→C→D→E．主要實驗步驟如下：
①稱量D的質量，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，直到不再產生氣體時為止
③點燃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的質量
⑦重復步驟⑤和⑥的操作，直到D的質量基本不變
操作的先后順序是①→

 

→⑤→⑥→⑦，操作④的目的是

 

．
Ⅱ．為測定AlN的含量，請選擇合適的藥品和裝置，按氣流方向連接各裝置，其順序為：

 

→

 

→

 

→E，試樣為mg，測得C增重n g，則AlN的質量分數是

 

．

Answer 1

分析：（1）依據化學方程式中元素化合價的變化分析，元素化合價降低的元素所在物質為氧化劑；
（2）依據銨根離子的檢驗方法設計實驗步驟進行檢驗；
（3）AlN是一種良好的耐熱沖擊材料，可溶解于強堿溶液生成偏鋁酸鈉和氨氣；
（4）Ⅰ、依據實驗裝置連接順序和測定成分發生的反應分析判斷，裝置中的空氣需要趕凈，把樣品溶于稀硫酸完全反應，利用氮氣把生成的甲烷全部趕到F裝置反應，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，最后稱重計算．

解答：解：（1）反應Al₂O₃+N₂+3C 

高溫  .

2AlN+3CO中，氮元素化合價從0價變化為-3價，化合價降低做氧化劑，碳元素化合價從0價變化為+2價做還原劑；
故答案為：N₂ ；
（2）檢驗生成產物中含有NH₄⁺，取少量樣品于試管中，滴加稀H₂SO₄至溶液呈酸性，取反應后的溶液加入足量NaOH溶液，加熱，用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗產生的氣體，若試紙變藍，說明存在NH₄⁺；
故答案為：取反應后的溶液加入足量NaOH溶液，加熱，用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗產生的氣體，若試紙變藍，說明存在NH₄⁺；
（3）解答：AlN是一種良好的耐熱沖擊材料，可溶解于強堿溶液生成偏鋁酸鈉和氨氣，反應的化學方程式為：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為：A→C→F→C→D→E，稱量D的質量，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，利用氮氣把生成的甲烷全部趕到F裝置反應，CH₄與CuO發生反應：CH₄+4CuO

△   .

CO₂+2H₂O+4Cu，減少測定誤差，所以需要補充的步驟為：④緩緩鼓入一定量的N₂；③點燃F酒精燈；②從分液漏斗緩緩滴入稀硫酸，直到不再產生氣體時為止；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，稱重計算，所以裝置連接為B-D-C；若試樣為mg，測得C增重ng為氨氣的質量，樣品中AlN的質量分數=

ng 17g/mol ×41g/mol

mg

×100%=

41n

17m

×100%；
故答案為：B、D、C；

41n

17m

×100%

點評：本題考查了物質組成和探究方法和實驗分析判斷，離子檢驗實驗步驟設計，實驗步驟的理解和設計是解題關鍵，題目難度較大．