Question

【題目】氮化鋁(AlN)陶瓷是一種新型無機非金屬材料，利用它較高的體積電阻率、絕緣強度大、導熱性能好，可用作大功率半導體器件的絕緣基片、大規模和超大規模集成電路的散熱基片和封裝基片。工業上可用氮氣和鋁在高溫下直接化合法來制備氮化鋁粉體(AlN粉體在潮濕的空氣中易發生水解反應)。已知：實驗室可用飽和亞硝酸鈉(NaNO2)溶液和氯化銨溶液共熱制取氮氣。現提供以下裝置來模擬工業制取AlN粉體。

(1)寫出實驗室制取氮氣的化學方程式：___________________________。

(2)請從下圖中選擇合適的裝置按順序組裝一套用氮氣和鋁粉制AlN的裝置(裝置可以根據需要重復使用)：________________________________。

(3)實驗開始后應先給_______處裝置加熱一段時間再給另一處裝置加熱，這樣操作的原因是：_______________。

(4)已知：氮化鋁(AlN)既能溶于強酸，又能溶于強堿，試寫出AlN與HCl溶液反應的化學方程為________________。

(5)AlN制備過程中存在一些副反應致生成的AlN不純。 研究小組的同學取2.0500 g AlN樣品與濃NaOH溶液充分反應，通過測定產生氨氣的量來測定AlN的純度(假設雜質與堿反應不生成NH3，忽略NH3在強堿性溶液中的溶解)。實驗裝置如下：請幫該同學糾正裝置中一處明顯錯誤：___________________。當H中反應完全后持續緩慢通入氮氣將生成的氨全部吹入I中被水吸收。然后將I中氨水_________________________________________________________________________(請補充完這步操作，需根據后面數據計算作答)，用_______取25.00mL氨水于錐形瓶中并加入幾滴_______作指示劑，用0.1000mol/L的鹽酸滴定至終點，消耗鹽酸體積為22.50mL，經計算得AlN的純度為90.00 %。

Answer 1

【答案】 NaNO2+NH4Cl=N2↑+NaCl+2H2O CFAF C 通氮氣排盡裝置內空氣，防止氧氣干擾實驗 AlN+4HCl=AlCl3+NH4Cl 將I中導管改為連接一個倒扣漏斗吸收氨氣 轉移到500mL容量瓶中定容配成500mL溶液 堿式滴定管 甲基橙

【解析】 (1)由題意知，實驗室用飽和亞硝酸鈉(NaNO2)溶液和氯化銨溶液共熱制取氮氣，該反應的化學方程式為NaNO2+NH4Cl=N2↑+NaCl+2H2O。

(2)可以選擇C作為氮氣的發生裝置，選擇F作為氮氣的干燥裝置，選擇A作為氮化鋁的制備裝置，最后再加一個F，防止空氣中的水蒸氣進入A裝置，引起氮化鋁水解。所以，可以按CFAF順序組裝一套用氮氣和鋁粉制AlN的裝置。

(3)實驗開始后應先給C處裝置加熱一段時間再給另一處裝置加熱，這樣操作的原因是：通氮氣排盡裝置內空氣，防止氧氣干擾實驗。

(4)由于氮化鋁(AlN)既能溶于強酸，又能溶于強堿，所以AlN與HCl溶液反應可以生成兩種鹽，其化學方程為AlN+4HCl=AlCl3+NH4Cl。

(5) 該實驗裝置中的尾氣處理裝置設計不正確，容易引起倒吸，應將I中導管改為連接一個漏斗倒扣于燒杯水面吸收氨氣。當H中反應完全后持續緩慢通入氮氣將生成的氨全部吹入I中被水吸收。然后將I中氨水轉移到500mL容量瓶中定容配成500mL溶液，用堿式滴定管取25.00mL氨水于錐形瓶中并加入幾滴甲基橙作指示劑，用0.1000mol/L的鹽酸滴定至終點，消耗鹽酸體積為22.50mL，經計算得AlN的純度為90.00 %。