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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[高三][化学]
收录时间:2021-07-03    答题:高三化学(颜老师)

【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)。

 

【答案】  NO2+ NH4+ 2H2O + N2  a-e-d-g-f-c-b(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NaClH2O生成,制备N2的反应原理为NaNO2+NH4ClN2↑+NaCl+2H2O由于NH4Cl受热会分解成NH3HCl,使得所得N2中混有H2Og)、NH3HCl,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NH3H2Og),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(b-c) -g-f

11装置中各仪器导管口连接的顺序为a-e-d-g-f-c-b(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根据原子守恒以及NaOH过量,AlN与过量NaOH溶液反应生成NH3NaAlO2反应的化学方程式为AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3

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

根据N守恒,nAlN=nNH3==0.125molmAlN=0.125mol41g/mol=5.125g,样品中AlN的质量分数为100%=64.1%