(16分)氮化铝(AlN)陶瓷是一种类金刚石氮化物的新型无机-优题课

(16分)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°C，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。工业用氮化铝(AlN)产品中常含有少量Al₄C₃、Al₂O₃、C等杂质。现要通过实验分别测定氮化铝(AlN)样品中AlN和Al₄C₃的质量分数(忽略NH₃在强碱性溶液中的溶解)。
（1）实验原理
①已知Al₄C₃与硫酸反应可生成CH₄，则该反应的离子方程式是______________。
②AlN溶于强酸生成铵盐，溶于氢氧化钠溶液生成氨气，请写出AlN与NaOH溶液反应的化学方程式___________。
（2）实验装置(如下图所示)

（3）实验过程
①连接实验装置，检验装置的气密性。称得D装置的质量为yg，滴定管的读数为amL。
②称取xgAlN样品置于锥形瓶中；塞好胶塞，关闭活塞K₂、K₃，打开活塞K₁，通过分液漏斗加入过量____(填化学式)，与锥形瓶内物质充分反应。
③待反应进行完全后，关闭活塞K₁，打开活塞K₃，通过分液漏斗加入过量 _______(填化学式)，与锥形瓶内物质充分反应。
④打开K₂，通过打气装置通入空气一段时间。
⑤记录滴定管的读数为bmL，称得D装置的质量为zg。
（4）数据处理与问答
①在上述装置中，设置活塞K₂的目的是__________。
②若读取滴定管中气体的体积时，液面左高右低，则所测气体的体积_________(填“偏大”，“偏小”或“无影响”)。
③Al₄C₃的质量分数为 ____，AlN的质量分数为_______。

科目化学题型实验题难度困难

知识点：物质检验实验方案的设计磷

煤燃烧排放的烟含有 $S O_{2}$ 和 $N O_{x}$ ，形成酸雨、污染大气，采用 $N a C l O_{2}$ 溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝．回答下列问题：

（1） $N a C l O_{2}$ 的化学名称为________．

（2）在鼓泡反应器中通入含 $S O_{2}$ 、 $N O_{x}$ 的烟气，反应温度323K， $N a C l O_{2}$ 溶液浓度为 $5 \times 10^{﹣ 3} m o l • L^{﹣ 1}$ ．反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如表．

离子	$S O 4^{2 ﹣}$	$S {O_{3}}^{2 ﹣}$	$N {O_{3}}^{﹣}$	$N {O_{2}}^{﹣}$	$C l^{﹣}$
c/ $（ m o l • L^{﹣ 1} ）$	$8.35 \times 10^{﹣ 4}$	$6.87 \times 10^{﹣ 6}$	$1.5 \times 10^{﹣ 4}$	$1.2 \times 10^{﹣ 5}$	$3.4 \times 10^{﹣ 3}$

①写出 $N a C l O_{2}$ 溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式________．增加压强，NO的转化率________（填"提高"、"不变"或"降低"）．

②随着吸收反应的进行，吸收剂溶液的pH逐渐________（填"增大"、"不变"或"减小"）．

③由实验结果可知，脱硫反应速率________脱硝反应速率（填"大于"或"小于"）原因是除了 $S O_{2}$ 和NO在烟气中初始浓度不同，还可能是________．

（3）在不同温度下， $N a C l O_{2}$ 溶液脱硫、脱硝的反应中 $S O_{2}$ 和NO的平衡分压 $p_{0}$ 如图所示．

①由图分析可知，反应温度升高，脱硫、脱硝反应的平衡常数均______（填"增大"、"不变"或"减小"）．

②反应 $C l O_{2}^{﹣} + 2 S {O_{3}}^{2} ﹣ ═ 2 S {O_{4}}^{2 ﹣} + C l^{﹣}$ 的平衡常数K表达式为________．

（4）如果采用 $N a C l O$ 、 $C a （ C l O_{2})$ 替代 $N a C l O_{2}$ ，也能得到较好的烟气脱硫效果．

①从化学平衡原理分析， $C a （ C l O ）_{2}$ 相比 $N a C l O$ 具有的优点是________．

②已知下列反应：

$S O_{2} （ g ） + 2 O H^{﹣} （ a q ） ═ S {O_{3}}^{2 ﹣} （ a q ） + H_{2} O （ 1 ） △ H_{1}$

$C l O^{﹣} （ a q ） + S O_{3}^{2 ﹣} （ a q ） ═ S O_{4}^{2 ﹣} （ a q ） + C l^{﹣} （ a q ） △ H_{2}$

$C a S O_{4} （ s ） ═ C a^{2 +} （ a q ） + S O_{4}^{2 ﹣} （ a q ） △ H_{3}$

则反应 $S O_{2} （ g ） + C a^{2 +} （ a q ） + C l O^{﹣} （ a q ） + 2 O H^{﹣} （ a q ） ═ C a S O_{4} （ s ） + H_{2} O （ l ） + C l^{﹣}$ （aq）的△H=________．

过氧化钙微溶于水，溶于酸，可用作分析试剂、医用防腐剂、消毒剂．以下是一种制备过氧化钙的实验方法．回答下列问题：

（一）碳酸钙的制备

（1）步骤①加入氨水的目的是________．小火煮沸的作用是使沉淀颗粒长大，有利于________．

（2）如图是某学生的过滤操作示意图，其操作不规范的是________（填标号）．

A．	漏斗末端颈尖未紧靠烧杯壁
B．	玻璃棒用作引流
C．	将滤纸湿润，使其紧贴漏斗壁
D．	滤纸边缘高出漏斗
E．	用玻璃棒在漏斗中轻轻搅动以加过过滤速度

（3）（二）过氧化钙的制备

步骤②的具体操作为逐滴加入稀盐酸，至溶液中尚存有少量固体，此时溶液呈________性（填"酸"、"碱"或"中"）．将溶液煮沸，趁热过滤，将溶液煮沸的作用是________．

（4）步骤③中反应的化学方程式为________，该反应需要在冰浴下进行，原因是________．

（5）将过滤得到的白色结晶依次使用蒸馏水、乙醇洗涤，使用乙醇洗涤的目的是________．

（6）制备过氧化钙的另一种方法是：将石灰石煅烧后，直接加入双氧水反应，过滤后可得到过氧化钙产品．该工艺方法的优点是________，产品的缺点是________．

水煤气变换 $[CO (g) + H_{2} O (g) = {CO}_{2} (g) + H_{2} (g)]$ 是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：

（1）Shibata曾做过下列实验：①使纯 $H_{2}$ 缓慢地通过处于 $721 ℃$ 下的过量氧化钴 $CoO (s)$ ，氧化钴部分被还原为金属钴 $Co （ s ）$ ，平衡后气体中 $H_{2}$ 的物质的量分数为0.0250。

②在同一温度下用 $CO$ 还原 $CoO (s)$ ，平衡后气体中 $CO$ 的物质的量分数为0.0192。

根据上述实验结果判断，还原 $CoO (s)$ 为 $Co （ s ）$ 的倾向是 $CO$ _________（填"大于"或"小于"） $H_{2}$ 。

（2） $721 ℃$ 时，在密闭容器中将等物质的量的 $Co （ g ）$ 和 $H_{2} O (g)$ 混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中 $H_{2}$ 的物质的量分数为_________（填标号）。

A． $＜ 0.25$ B． $0.25$ C． $0.25 ~ 0.50$ D． $0.50$ E． $＞ 0.50$

（3）我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。

可知水煤气变换的 $Δ H$ ________（填"大于""等于"或"小于"）0。该历程中最大能垒（活化能） $E_{正}$ =_________ $eV$ ，写出该步骤的化学方程式_______________________。

（4）Shoichi研究了 $467 ℃、 489 ℃$ 时水煤气变换中 $CO$ 和 $H_{2}$ 分压随时间变化关系（如图所示）催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的 $p_{H_{2} O}$ 和 $p_{CO}$ 相等、 ${PCO}_{2}$ 和 $P_{H_{2}}$ 相等。

计算曲线a的反应在 $30 ~ 90 \min$ 内的平均速率 $\binom{-}{v}$ (a)=___________ $kPa \cdot \min^{- 1}$ 。 $467 ℃$ 时 $P_{H_{2}}$ 和 $p_{CO}$ 随时间变化关系的曲线分别是_______、_______。 $489 ° C$ 时 $P_{H_{2}}$ 和 $p_{CO}$ 随时间变化关系曲线分别是、。

硫酸铁铵 $[{NH}_{4} {F e ({SO}_{4})}_{2} ∙ x H_{2} O]$ 是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：

回答下列问题：

（1）步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是_________________。

（2）步骤②需要加热的目的是_________________，温度保持 $80 ~ 95 ℃$ ，采用的合适加热方式是_________________。铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为_________________（填标号）。

（3）步骤③中选用足量的 $H_{2} O_{2}$ ，理由是________。分批加入 $H_{2} O_{2}$ ，同时为了____________，溶液要保持 $pH$ 小于0.5。

（4）步骤⑤的具体实验操作有______________，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。

（5）采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150 ℃时，失掉1.5个结晶水，失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为______________。

硼酸 $（ H_{3} {BO}_{3} ）$ 是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工艺。一种以硼镁矿（含 ${M g}_{2} B_{2} O_{5} ∙ H_{2} O 、 {S i O}_{2}$ 及少量 ${F e}_{2} O_{3} 、 {A l}_{2} O_{3}$ ）为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：

回答下列问题：

（1）在 $95 ℃$ "溶侵"硼镁矿粉，产生的气体在"吸收"中反应的化学方程式为_________。

（2）"滤渣1"的主要成分有_________。为检验"过滤1"后的滤液中是否含有 ${Fe}^{3 +}$ 离子，可选用的化学试剂是_________。

（3）根据H3BO3的解离反应： $H_{3} {BO}_{3} + H_{2} O ⇌ H^{+} + B {(OH)}_{4}^{-}$ ， $K_{a} = 5.81 \times 10^{- 10}$ ，可判断 $H_{3} {BO}_{3}$ 是_______酸；在"过滤2"前，将溶液pH调节至3.5，目的是_______________。

（4）在"沉镁"中生成 ${M g (OH)}_{2} ∙ {M g CO}_{3}$ 沉淀的离子方程式为__________，母液经加热后可返回___________工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是_________。