Question

工業(yè)制得的氮化鋁（AlN）產(chǎn)品中常含有少量Al₄C₃、Al₂O₃、C等雜質．某同學設計了如下實驗分別測定氮化鋁（AlN）樣品中AlN和Al₄C₃的質量分數(shù)（忽略NH₃在強堿性溶液中的溶解）．
（1）實驗原理
①Al₄C₃與硫酸反應可生成CH₄；
②AlN溶于強酸產(chǎn)生銨鹽，溶于強堿生成氨氣，請寫出AlN與NaOH溶液反應的化學方程式

 

．
（2）實驗裝置（如圖所示）

（3）實驗過程
①連接實驗裝置，檢驗裝置的氣密性．稱得D裝置的質量為y g，滴定管的讀數(shù)為a mL．
②稱取xg AlN樣品置于錐形瓶中；塞好膠塞，關閉活塞

 

，打開活塞

 

，通過分液漏斗加入稀硫酸，與燒瓶內(nèi)物質充分反應．
③待反應進行完全后，關閉活塞

 

，打開活塞

 

，通過分液漏斗加入過量

 

（填化學式），與燒瓶內(nèi)物質充分反應．
④

 

（填入該步應進行的操作）．
⑤記錄滴定管的讀數(shù)為b mL，稱得D裝置的質量為z g．
（4）數(shù)據(jù)分析
①AlN的質量分數(shù)為

 

．
②若讀取滴定管中氣體的體積時，液面左高右低，則所測氣體的體積

 

（填“偏大”、“偏小”或“無影響”）．
③Al₄C₃的質量分數(shù)為

 

．（該實驗條件下的氣體摩爾體積為V_m）．

Answer 1

考點：探究物質的組成或測量物質的含量

專題：實驗探究和數(shù)據(jù)處理題

分析：從實驗裝置和實驗步驟上看，本實驗的原理是用足量硫酸與樣品中Al₄C₃完全反應，量取生成的甲烷氣體，從而可測得Al₄C₃的百分含量；用足量NaOH溶液與樣品中AlN完全反應，充分吸收生成的氨氣，并稱量其質量，從而求得AlN的質量分數(shù)，以此分析解答；
（1）根據(jù)題目信息：AlN溶于強堿溶液時會生成NH₃來書寫方程式；
（3）②通過分液漏斗加入稀硫酸，硫酸與樣品中Al₄C₃完全反應，量取生成的甲烷氣體，從而測得Al₄C₃的百分含量，故應關閉活塞K₂、K₃，打開活塞 K₁；
③用足量NaOH溶液與樣品中AlN完全反應，充分吸收生成的氨氣，并稱量其質量，故應關閉活塞K₁，打開活塞K₃；
④裝置中殘留部分氨氣，打開K₂，通入空氣一段時間，排盡裝置的氨氣，被裝置D完全吸收；
（4）①根據(jù)氮原子的守恒，氨氣的物質的量等于AlN的物質的量，可求得AlN的質量分數(shù)；
②讀取滴定管中氣體的體積時，液面左高右低，氣體的壓強大于大氣壓，測定氣體甲烷的體積偏小；
③根據(jù)碳原子的守恒，Al₄C₃的物質的量等于甲烷的物質的量的三分之一，可求得Al₄C₃的質量分數(shù)．

解答： 解：從實驗裝置和實驗步驟上看，本實驗的原理是用足量硫酸與樣品中Al₄C₃完全反應，量取生成的甲烷氣體，從而可測得Al₄C₃的百分含量；用足量NaOH溶液與樣品中AlN完全反應，充分吸收生成的氨氣，并稱量其質量，從而求得AlN的質量分數(shù)；
（1）根據(jù)題目信息：AlN溶于強堿溶液時會生成NH₃，化學方程式為：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，故答案為：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑；
（3）②通過分液漏斗加入稀硫酸，硫酸與樣品中Al₄C₃完全反應，量取生成的甲烷氣體，從而測得Al₄C₃的百分含量，故應關閉活塞K₂、K₃，打開活塞 K₁，
故答案為：K₂、K₃； K₁；
③用足量NaOH溶液與樣品中AlN完全反應，充分吸收生成的氨氣，并稱量其質量，故應關閉活塞K₁，打開活塞K₃，故答案為：K₁；K₃；NaOH；
④裝置中殘留部分氨氣，打開K₂，通入空氣一段時間，排盡裝置的氨氣，被裝置D完全吸收，防止測定的氨氣的質量偏小，故答案為：打開K₂，通入空氣一段時間；
（4）①氨氣的質量為（z-y）g，物質的量為

z-y

17

mol，根據(jù)氮原子的守恒，氨氣的物質的量等于AlN的物質的量，所以AlN的質量為

z-y

17

mol×41g/mol=

41(z-y)

17

g，故AlN的質量分數(shù)為

41(z-y) 17

x

×100%=

41(z-y)

17x

×100%，故答案為：

41(z-y)

17x

×100%．
②讀取滴定管中氣體的體積時，液面左高右低，氣體的壓強大于大氣壓，測定氣體甲烷的體積偏小，故答案為：偏��；
③甲烷的體積為（b-a）mL，物質的量為

(b-a)×10 -3

Vm

mol，根據(jù)碳原子的守恒，Al₄C₃的物質的量等于甲烷的物質的量的三分之一，所以Al₄C₃的質量為

1

3

×

(b-a)×10 -3

Vm

mol×144g/mol=

48(b-a)×10 -3

Vm

g，Al₄C₃的質量分數(shù)為

0.048(a-b)

Vm?x

×100%，故答案為：

0.048(a-b)

Vm?x

×100%．

點評：本題是一道關于物質的組成和含量測定知識的綜合考查題，要求學生具有分析和解決問題的能力，難度大．