Question

4．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)．某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)分別測(cè)定氮化鋁（AlN）樣品中AlN和Al₄C₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（忽略NH₃在強(qiáng)堿性溶液中的溶解）．
（1）實(shí)驗(yàn)原理：①Al₄C₃與硫酸反應(yīng)可生成CH₄．②AlN溶于強(qiáng)酸產(chǎn)生銨鹽，溶于強(qiáng)堿生成氨氣．
（2）實(shí)驗(yàn)裝置（如圖所示）：

（3）實(shí)驗(yàn)過程：
①連接實(shí)驗(yàn)裝置，檢驗(yàn)裝置的氣密性．稱得D裝置的質(zhì)量為yg，滴定管的讀數(shù)為amL．
②稱取xgAlN樣品置于裝置B瓶中；塞好膠塞，關(guān)閉活塞K₂、K₃，打開活塞K₁，通過分液漏斗加入稀硫酸，與裝置B瓶?jī)?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，打開活塞打開K₂，通過分液漏斗加入過量NaOH，與裝置B瓶?jī)?nèi)物質(zhì)充分反應(yīng)．
④通入空氣一段時(shí)間 （填入該步應(yīng)進(jìn)行的操作）．
⑤記錄滴定管的讀數(shù)為bmL，稱得D裝置的質(zhì)量為zg．
（4）數(shù)據(jù)分析：（已知：該實(shí)驗(yàn)條件下的氣體摩爾體積為V_m L•mol^-1）
①Al₄C₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{0.048（a-b）}{Vmx}$×100%．
②若讀取滴定管中氣體的體積時(shí)，液面左高右低，則所測(cè)氣體的體積偏�。ㄌ睢捌�大”、“偏小”或“無影響”）．
③AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{41（z-y）}{17x}$×100%．

Answer 1

分析 從實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)步驟上看，本實(shí)驗(yàn)的原理是用足量硫酸與樣品中Al₄C₃完全反應(yīng)，量取生成的甲烷氣體，從而可測(cè)得Al₄C₃的百分含量；用足量NaOH溶液與樣品中AlN完全反應(yīng)，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)．
（3）通過分液漏斗加入稀硫酸，硫酸與樣品中Al₄C₃完全反應(yīng)，量取生成的甲烷氣體，從而測(cè)得Al₄C₃的百分含量，故應(yīng)關(guān)閉活塞K₂、K₃，打開活塞 K₁．用足量NaOH溶液與樣品中AlN完全反應(yīng)，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)．故應(yīng)關(guān)閉活塞K₁，打開活塞K₃由②中分析可知，通過分液漏斗加入過量氫氧化鈉溶液，裝置中殘留部分氨氣，打開K₂，通入空氣一段時(shí)間，排盡裝置的氨氣，被裝置D完全吸收，防止測(cè)定的氨氣的質(zhì)量偏小；
（4）①甲烷的體積為（a-b）mL，物質(zhì)的量為$\frac{（a-b）×1{0}^{-3}L}{VmL/mol}$=$\frac{a-b}{Vm}$×10^-3mol，根據(jù)碳原子的守恒，Al₄C₃的物質(zhì)的量等于甲烷的物質(zhì)的量的三分之一，結(jié)合m=nM計(jì)算；
②讀取滴定管中氣體的體積時(shí)，液面左高右低，氣體的壓強(qiáng)大于大氣壓；
③氨氣的質(zhì)量為（z-y）g，物質(zhì)的量為$\frac{（z-y）g}{17g/mol}$=$\frac{z-y}{17}$mol，根據(jù)氮原子的守恒，氨氣的物質(zhì)的量等于AlN的物質(zhì)的量，以此來解答．

解答 解：從實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)步驟上看，本實(shí)驗(yàn)的原理是用足量硫酸與樣品中Al₄C₃完全反應(yīng)，量取生成的甲烷氣體，從而可測(cè)得Al₄C₃的百分含量；用足量NaOH溶液與樣品中AlN完全反應(yīng)，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)．
（3）通過分液漏斗加入稀硫酸，硫酸與樣品中Al₄C₃完全反應(yīng)，量取生成的甲烷氣體，從而測(cè)得Al₄C₃的百分含量，故應(yīng)關(guān)閉活塞K₂、K₃，打開活塞 K₁．用足量NaOH溶液與樣品中AlN完全反應(yīng)，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)．故應(yīng)關(guān)閉活塞K₁，打開活塞K₃由②中分析可知，通過分液漏斗加入過量氫氧化鈉溶液，裝置中殘留部分氨氣，打開K₂，通入空氣一段時(shí)間，排盡裝置的氨氣，被裝置D完全吸收，防止測(cè)定的氨氣的質(zhì)量偏小，
故答案為：打開K₂；通入空氣一段時(shí)間；
（4）①甲烷的體積為（a-b）mL，物質(zhì)的量為$\frac{（a-b）×1{0}^{-3}L}{VmL/mol}$=$\frac{a-b}{Vm}$×10^-3mol，根據(jù)碳原子的守恒，Al₄C₃的物質(zhì)的量等于甲烷的物質(zhì)的量的三分之一，所以Al₄C₃的質(zhì)量為 $\frac{1}{3}$×$\frac{a-b}{Vm}$×10^-3mol×144g/mol=$\frac{48（a-b）}{Vm}$×10^-3g，Al₄C₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{\frac{48（a-b）}{Vm}×1{0}^{-3}g}{xg}$×100%=$\frac{0.048（a-b）}{Vmx}$×100%，
故答案為：$\frac{0.048（a-b）}{Vmx}$×100%；
②讀取滴定管中氣體的體積時(shí)，液面左高右低，氣體的壓強(qiáng)大于大氣壓，測(cè)定氣體甲烷的體積偏小，
故答案為：偏��；
③氨氣的質(zhì)量為（z-y）g，物質(zhì)的量為$\frac{（z-y）g}{17g/mol}$=$\frac{z-y}{17}$mol，根據(jù)氮原子的守恒，氨氣的物質(zhì)的量等于AlN的物質(zhì)的量，所以AlN的質(zhì)量為$\frac{z-y}{17}$mol×41g/mol=$\frac{41（z-y）}{17}$g，故AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{41（z-y）}{17x}$×100%，
故答案為：$\frac{41（z-y）}{17x}$×100%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的組成及含量測(cè)定，為高頻考點(diǎn)，把握測(cè)定原理、實(shí)驗(yàn)裝置的作用、物質(zhì)的性質(zhì)為解答本題關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，注意元素化合物知識(shí)與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，題目難度中等．