(背景材料)氮化铝(AlN)陶瓷是一种类金刚石氮化物的新型无机非金属材料,最高可稳定到2200℃.导热性好,热膨胀系数小,是良好的耐热冲击材料.抗熔融金属侵蚀的能力强,是熔铸纯铁、铝或铝合金理想的坩埚材料.氮化铝还是电绝缘体,介电性能良好,用作电器元件也很有希望.超细氮化铝粉末被广泛应用于大规模集成电路生产领域.其制取原理为:
Al
2O
3+3C+N
2 2AlN+3CO
(问题探究)某化学研究性学习小组成员根据氮化铝的制取原理,进行了如下探究.
问题1、在制取氮化铝时由于反应不完全,氮化铝产品中所含杂质除了碳以外还可能存在______.
问题2、为测定该产品中有关成分的含量,甲、乙两同学设计了以下两个实验:
(1)甲同学:称取10.00g样品,将其加入过量的氢氧化钠溶液中共热并蒸干,AlN跟氢氧化钠溶液反应生成NaAlO
2,并放出氨气3.36L(标准状况).
①上述反应的化学方程式为______.
②该样品中的AlN的质量分数为______.
(2)乙同学:称取10.00g样品置于反应器中,通入2.016L(标准状况)O
2,在高温下充分反应后测得气体的密度为1.34g?L
-1(已折成标准状况,AlN不跟O
2反应).该样品中含杂质碳______g.
问题3、丙同学受到甲、乙同学实验的启发,认为测定某氮化铝中含有碳或氧化铝杂质,可用图中I的一些装置来进行检验,根据AlN与NaOH溶液反应所生成氨气的体积来测定样品中氮化铝的质量分数,并根据实验现象来确定杂质的成分(实验中导管体积忽略不计)
(1)实验有关操作为:①往锥形瓶中放入适量的AlN样品:②从分液漏斗往锥形瓶中加入过量的浓NaOH;③检验装置的气密性;④测定收集到水的体积.
正确的操作顺序为______.
(2)本试验中检查装置气密性的方法是______.
(3)广口瓶中的试剂X可最好选用______(填选项的标号).
A、苯 B、酒精 C、植物油 D、CCl
4(4)广口瓶的液体没有装满(上方留有少量空间),实验测得NH
3的体积将______(填偏大、偏小或不变).
(5)若实验中测得样品的质量为wg,氨气的体积为aL(标况下),则样品中AlN的质量分数为______(AlN的式量为41).
(6)实验结束后,若观察到锥形瓶中还有固体,则样品中含有的杂质是______,为了测定是否含有其它杂质,则还需要哪些简单数据______.
问题4、丁同学认为,丙同学的实验方法,可能因气体体积测量不准,导致误差较大.建议改用图9中的Ⅱ装置进行同样实验,通过测定烧杯中硫酸的增重来确定样品中AlN的质量分数.你认为是否可行?______(填入“可行”、“不可行”),原因是______.最简单的改进方法为______.
问题5、戊同学仔细思考了丁同学的装置后,认为此装置所测测得的样品中AlN含量偏小.其原因是______.若忽略此原因的话,只要用图9中的III或IV两个装置中的一种,只需进行简单而又必要的数据测定,可比较准确地确定样品中AlN的质量分数.较合理的装置为______(填代号).你认为戊同学的装置是否还有缺陷?______.若有,所测结果将偏高或偏低______,应作如何改进?______.(若无缺陷后两此格可不填).