Question

【题目】某研究小组利用氮气、氧化铝和活性炭制取氮化铝，设计如图1所示实验装置。

请回答：

（1）图1装置中各仪器导管口连接的顺序是（可重复使用，用小写字母a→g填写）：___________；导管A的作用是_________________________。

（2）图1中用饱和NaNO2溶液与NH4Cl溶液加热制取氮气，该离子方程式为________。

（3）硬质试管中生成AlN的反应方程式是_________________________。

（4）按要求连接的实验装置，存在严重问题，请说明改进的办法，存在的缺陷是______，改进的办法是_____________________________________________。

（5）反应结束后，某同学用图2装置进行实验来测定氮化铝样品的质量分数（实验中导管体积忽略不计）。

①氮化铝与过量的NaOH溶液反应生成氨气化学反应方程式为___________________；

②集气瓶中的苯的作用是______________________；集气瓶中的液体没有装满，实验测得NH3的体积将__________（填“偏大”“偏小”或“不变”）。

③若实验中称取氮化铝样品的质量为8.0 g，测得氨气的体积2.8 L（标准状况），则样品中AlN的质量分数为___________（保留3位有效数字）。

Answer 1

【答案】 NO2—+ NH4+ 2H2O + N2↑ a-e-d-g-f-c-b(或b-c) -g-f 平衡分液漏斗与烧瓶之间的压强，使NaNO2 饱和溶液顺利滴下 N2 + Al2O3 + 3C 2AlN + 3CO 没有尾气处理装置，会污染大气 在干燥管末端连一尾气处理装置 AlN+NaOH+H2O===NaAlO2+NH3↑ 防止氨气溶于水 不变 64.1%

【解析】试题分析：本题以利用氮气、氧化铝和活性炭制取氮化铝为载体，考查N2的制备，实验装置的连接，物质的含量测定，实验方案的设计和评价。根据原子守恒，由饱和NaNO2溶液与NH4Cl溶液加热制取氮气的同时还有NaCl和H2O生成，，制备N2的反应原理为NaNO2+NH4ClN2↑+NaCl+2H2O；由于NH4Cl受热会分解成NH3和HCl，使得所得N2中混有H2O（g）、NH3、HCl，所以N2与氧化铝和活性炭反应之前必须除去这些杂质气体，除杂时先通过浓硫酸吸收NH3和H2O（g），再通过碱石灰吸收HCl；接着干燥纯净的N2与氧化铝和活性炭反应制得AlN；但由于AlN易水解，所以最后还要用盛放碱石灰的干燥管吸收空气中的水蒸气，防止水蒸气进入硬质试管中使AlN发生水解，则图1装置中各仪器导管口连接的顺序为a-e-d-g-f-c-b(或b-c) -g-f。

（1）图1装置中各仪器导管口连接的顺序为a-e-d-g-f-c-b(或b-c) -g-f。由于蒸馏烧瓶中有气体产生，压强增大，分液漏斗中的液体不易滴下；使用导管A将蒸馏烧瓶和分液漏斗相连，压强相同，便于液体顺利滴下。导管A的作用是：平衡分液漏斗与烧瓶之间的压强，使NaNO2 饱和溶液顺利滴下。

（2）制备N2的离子方程式为NO2-+NH4+N2↑+2H2O。

（3）由于活性炭是过量的，结合原子守恒，N2与氧化铝和活性炭反应时除生成AlN外还生成CO，反应的化学方程式为N2+Al2O3+3C2AlN+3CO。

（4）由反应原理知，制得AlN的同时生成了CO；若按要求连接的实验装置，存在的严重问题是没有尾气处理装置，CO污染大气。改进的方法是在干燥管末端连一尾气处理装置。

（5）①根据原子守恒以及NaOH过量，AlN与过量NaOH溶液反应生成NH3和NaAlO2，反应的化学方程式为AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑。

②用排水法测量生成NH3的体积，由于NH3极易溶于水，能被水吸收，无法测量NH3的体积，用苯将NH3和水隔开防止氨气溶于水，所以苯的作用是防止氨气溶于水。由于排出水的体积等于收集到氨气的体积是按压强原理完成的，所以若集气瓶中的液体没有装满，实验测得NH3的体积不变。

③根据N守恒，n（AlN）=n（NH3）==0.125mol，m（AlN）=0.125mol41g/mol=5.125g，样品中AlN的质量分数为100%=64.1%。