Question

【題目】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(zhì)。某化學(xué)實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計了如下實(shí)驗(yàn)， 分別測定氮化鋁(AlN)樣品中 AlN 和 Al4C3 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(忽略NH3在強(qiáng)堿溶液中的溶解)。

(1)實(shí)驗(yàn)原理：

①Al4C3與硫酸發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式 ___________。

②AlN溶于強(qiáng)酸產(chǎn)生銨鹽，溶于強(qiáng)堿生成氨氣，請寫出AlN和NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式_______。實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示：

(2)實(shí)驗(yàn)過程：

①根據(jù)題干信息：連接實(shí)驗(yàn)裝置，檢查裝置氣密性。稱得D裝置的質(zhì)量為y g，滴定管的讀數(shù)為amL。該步驟中，檢查裝置A氣密性的操作為___________。

②稱取x g AlN 樣品置于錐形瓶中； 塞好膠塞， 關(guān)閉活塞K2、K3，打開活塞 K1，通過分液漏斗加入足量的____(填化學(xué)式)，與錐形瓶內(nèi)物質(zhì)充分反應(yīng)。

③待反應(yīng)進(jìn)行完全后，關(guān)閉活塞K1，打開活塞K3， 通過分液漏斗加入過量_________(填化學(xué)式)，與錐形瓶內(nèi)溶質(zhì)充分反應(yīng)。

④_____(填入該步應(yīng)進(jìn)行的操作)。

⑤實(shí)驗(yàn)中記錄滴定管的讀數(shù)為b mL，稱得D裝置的質(zhì)量為z g。

(3)數(shù)據(jù)

①AlN 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為____________。

②若讀取滴定管中氣體的體積時，先冷卻到室溫，再__________，然后平視凹液面讀數(shù)。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(zhì)量分?jǐn)?shù)為 ____________(該實(shí)驗(yàn)條件下氣體摩爾體積為Vm molL-1) 。

Answer 1

【答案】Al4C3 + 6H2SO4 = 2Al2(SO4)3 + 3CH4↑ AlN + NaOH + H2O = NaAlO2 + NH3↑ 關(guān)閉活塞 K1，向堿式滴定管中加水至堿式滴定管中液面高于球型干燥管中液面，如果能形成穩(wěn)定的液面差則氣密性良好 H2SO4 NaOH 打開K2，通入空氣一段時間 ×100% 調(diào)節(jié)堿式滴定管中液面與球型干燥管中液面相平 偏小 ×100%

【解析】

AlN溶于強(qiáng)酸產(chǎn)生銨鹽，溶于強(qiáng)堿生成氨氣，Al4C3與硫酸發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)放出甲烷。從實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)步驟可知，本實(shí)驗(yàn)的原理是通過A裝置收集甲烷并測定甲烷的體積，通過D裝置吸收生成的氨氣，并測定生成氨氣的質(zhì)量，因此首先用足量硫酸與樣品中AlN 、Al4C3完全反應(yīng)，量取生成的甲烷氣體，從而可測得Al4C3的百分含量；再用足量NaOH溶液與生成的銨鹽反應(yīng)放出氨氣，充分吸收生成的氨氣，并稱量其質(zhì)量，從而求得AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以此分析解答。

(1)①Al4C3與硫酸發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成Al2(SO4)3，結(jié)合元素守恒可知同時生成CH4， 反應(yīng)的化學(xué)方程式為Al4C3+ 6H2SO4= 2Al2(SO4)3+ 3CH4↑，故答案為：Al4C3+ 6H2SO4= 2Al2(SO4)3+ 3CH4↑；

②AlN溶于強(qiáng)酸產(chǎn)生銨鹽，溶于強(qiáng)堿生成氨氣，其中AlN和NaOH溶液反應(yīng)放出氨氣，生成的氫氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，反應(yīng)的化學(xué)方程式為AlN + NaOH + H2O = NaAlO2+ NH3↑，故答案為：AlN + NaOH + H2O = NaAlO2+ NH3↑；

(2)①根據(jù)題干信息：連接實(shí)驗(yàn)裝置，檢查裝置氣密性。稱得D裝置的質(zhì)量為y g，滴定管的讀數(shù)為amL。該步驟中，檢查裝置A氣密性的操作為關(guān)閉活塞K1，向堿式滴定管中加水至堿式滴定管中液面高于球型干燥管中液面，如果能形成穩(wěn)定的液面差則氣密性良好，故答案為：關(guān)閉活塞K1，向堿式滴定管中加水至堿式滴定管中液面高于球型干燥管中液面，如果能形成穩(wěn)定的液面差則氣密性良好；

②稱取x g AlN 樣品置于錐形瓶中； 塞好膠塞， 關(guān)閉活塞K2、K3，打開活塞K1，通過分液漏斗加入足量的稀硫酸，與錐形瓶內(nèi)物質(zhì)充分反應(yīng)放出甲烷氣體，故答案為：H2SO4；

③待反應(yīng)進(jìn)行完全后，關(guān)閉活塞K1，打開活塞K3， 通過分液漏斗加入過量NaOH，與錐形瓶內(nèi)溶質(zhì)充分反應(yīng)放出氨氣，故答案為：NaOH；

④錐形瓶中有氨氣剩余，需要將氨氣排入D中吸收，因此操作為打開K2，通入空氣一段時間，故答案為：打開K2，通入空氣一段時間；

(3)①實(shí)驗(yàn)中稱得D裝置的質(zhì)量為z g，即生成氨氣的質(zhì)量為zg，根據(jù)N元素守恒，樣品中AlN 的質(zhì)量為(z - y)×g，則樣品中AlN 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%=×100%，故答案為：×100%；

②若讀取滴定管中氣體的體積時，先冷卻到室溫，再調(diào)節(jié)堿式滴定管中液面與球型干燥管中液面相平，然后平視凹液面讀數(shù)。若液面左高右低，則所測氣體的體積將偏小，故答案為：調(diào)節(jié)堿式滴定管中液面與球型干燥管中液面相平；偏��；

③實(shí)驗(yàn)中記錄滴定管的讀數(shù)為b mL，即生成甲烷的體積為(a - b) mL，即甲烷的物質(zhì)的量為=mol，根據(jù)C守恒，則Al4C3的物質(zhì)的量為×mol，Al4C3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%=×100%，故答案為：×100%。