Question

4．鋁有多種化合物，在工業(yè)上用途廣泛．氮化鋁（AlN）中混有碳和氧化鋁，為確定某氮化鋁樣品的純度，進行如下實驗：（已知：AlN+H₂O+NaOH→NaAlO₂+NH₃↑）
（1）稱取5.00g樣品，加入25mL5mol/L的NaOH溶液，共熱，樣品中AlN和Al₂O₃完全反應(yīng)，測得放出氨氣1.68L（標(biāo)準狀況）． 該樣品中的A1N的質(zhì)量分數(shù)為61.5%．
（2）過濾上述混合溶液，向濾液中滴加2mol/L的鹽酸，當(dāng)?shù)沃?02mL時生成的白色沉淀恰好完全消失，5.00g樣品中Al₂O₃的物質(zhì)的量是多少摩？（寫出計算過程）
堿式碳酸鋁鎂[Mg_xAl_y（OH）_a（CO₃）_b•nH₂O]可做為塑料填料．為確定某堿式碳酸鋁鎂的組成，進行如下實驗：
（3）稱取3.390g樣品與足量稀鹽酸充分反應(yīng)，生成二氧化碳0.560L（標(biāo)準狀況）．3.390g樣品中含CO₃^2-1.5g．
（4）另取100.00g樣品在空氣中加熱，固體質(zhì)量隨溫度的變化如圖所示（樣品在270℃時已完全失去結(jié)晶水，600℃以上固體為金屬氧化物的混合物）．
①100.00g樣品中含結(jié)晶水1.475mol．
②100.00g樣品中OH^-的物質(zhì)的量是多少？（寫出計算過程）
③通過計算推測該堿式碳酸鋁鎂的化學(xué)式．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)元素守恒可知有水參加反應(yīng)，其反應(yīng)方程式為：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，計算NH₃的物質(zhì)的量，根據(jù)氮元素守恒可知5g樣品中含有AlN的物質(zhì)的量，根據(jù)m=nM計算AlN的質(zhì)量，再根據(jù)質(zhì)量分數(shù)定義計算；
（2）已知氨氣的物質(zhì)的量，根據(jù)原子守恒得到AlN生成的NaAlO₂，Al₂O₃也轉(zhuǎn)化為NaAlO₂，根據(jù)NaAlO₂+4HCl=NaCl+AlCl₃+2H₂O，NaOH+HCl=NaCl+H₂O可知4n（NaAlO₂）+n（NaOH）=n（HCl）據(jù)此計算；
（3）根據(jù)C元素守恒計算；
（4）①樣品在270℃時已完全失去結(jié)晶水，結(jié)晶水的質(zhì)量=（100.00-73.45）g=26.55g，根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算水的物質(zhì)的量；
②100.00g樣品在270～600℃之間，失去結(jié)晶水后的樣品進一步受熱分解放出CO₂和H₂O，m（CO₂）+m（H₂O）=73.45-37.02=36.43g，根據(jù)質(zhì)量分數(shù)不變計算100.00g該物質(zhì)分解生成二氧化碳質(zhì)量，從而計算氫氧根離子生成水的質(zhì)量，從而計算氫氧根離子的物質(zhì)的量；
③根據(jù)電荷守恒、質(zhì)量守恒計算x、y，從而確定化學(xué)式．

解答 解：（1）由于AlN跟氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成NaAlO₂、并放出NH₃，根據(jù)元素守恒可知有水參加反應(yīng)，其反應(yīng)方程式為：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，
生成NH₃的物質(zhì)的量為$\frac{1.68L}{22.4L/mol}$=0.075mo，根據(jù)氮元素守恒可知5g樣品中含有AlN的物質(zhì)的量為0.075mol，質(zhì)量為0.075mol×41g/mol=3.075g，
該樣品中的AlN的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{3.075g}{5g}$×100%=61.5%，
故答案為：61.5%；
（2）已知n（NH₃）=$\frac{1.68L}{22.4L/mol}$=7.5×10^-2mol，由AlN可知生成的n（NaAlO₂）=n（NH₃），生成n（NaAlO₂）=7.5×10^-2+2n（Al₂O₃），
剩余n（NaOH）=25×5×10^-3-7.5×10^-2-2n（Al₂O₃） 
由反應(yīng)：NaAlO₂+4HCl=NaCl+AlCl₃+2H₂O，NaOH+HCl=NaCl+H₂O可知，
 4n（NaAlO₂）+n（NaOH）=n（HCl）
則202×10^-3L×2mol/L=4×[7.5×10^-2+2n（Al₂O₃）]mol+25×5×10^-3mol-7.5×10^-2mol-2n（Al₂O₃）
解得：n（Al₂O₃）=0.009mol；
答：5.00g樣品中Al₂O₃的物質(zhì)的量是0.009mol；
（3）稱取3.390g樣品與足量稀鹽酸充分反應(yīng)，生成二氧化碳0.560L（標(biāo)準狀況），
CO₂ ～CO₃^2-
22.4L     60g
0.56L     xg
則x=$\frac{60g×0.56L}{22.4L}$=1.5g；
故答案為：1.5；  
（4）①樣品在270℃時已完全失去結(jié)晶水，結(jié)晶水的質(zhì)量=（100.00-73.45）g=26.55g，n（H₂O）=$\frac{m}{M}$=$\frac{26.55g}{18g/mol}$=1.475mol，
故答案為：1.475；
②100.00g樣品在270～600℃之間，失去結(jié)晶水后的樣品進一步受熱分解放出CO₂和H₂O，m（CO₂）+m（H₂O）=73.45-37.02=36.43g，
其中m（CO₂）=$\frac{0.560L}{22.4L/mol}$×44g/mol÷3.39g×100g=32.45g，m（H₂O）=36.43-32.45=3.98g，
n（H₂O）=$\frac{3.98g}{18g/mol}$=0.2212mol，
根據(jù)H原子守恒得n（OH^-）=2n（H₂O）=0.4424mol，
答：100.00g樣品中OH^-的物質(zhì)的量是0.4424mol；
③根據(jù)電荷守恒得2x+3y=0.4424×1+2×$\frac{32.45}{44}$，
根據(jù)質(zhì)量守恒得40x+0.5×102y=37.02 II
聯(lián)合I、II得x=0.7374mol、y=0.1476mol，
x：y：a：b：n=0.7374mol：0.1476mol：0.4424mol：0.7374mol：$\frac{32.45g}{44g/mol}$：1.475mol=5：1：3：5：10，
所以其化學(xué)式為Mg₅Al（OH）₃（CO₃）₅•10H₂O，
答：堿式碳酸鋁鎂的化學(xué)式為Mg₅Al（OH）₃（CO₃）₅•10H₂O．

點評 本題考查探究物質(zhì)的組成、化學(xué)方程式的計算，側(cè)重考查分析、計算能力，明確各個過程發(fā)生的反應(yīng)是解本題關(guān)鍵，根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)、物質(zhì)之間的反應(yīng)來分析解答，注意結(jié)合原子守恒進行分析，明確圖象中曲線變化趨勢及其含義，題目難度中等．