Question

4．氮化鋁（AlN）具有耐高溫，廣泛應用于集成電路生產(chǎn)領域，是一種新型無機非金屬材料．某AlN樣品僅含有Al₂O₃雜質，為測定AlN的含量，設計如下三種實驗方案．
已知：AlN+NaOH+H₂O═NaAlO₂+NH₃↑
[方案1]
取一定量的樣品，用以下裝置測定樣品中AlN的純度（夾持儀器已略去）．

（1）圖C裝置中球形干燥管的作用是防止倒吸．
（2）完成以下實驗步驟：組裝好實驗裝置，首先檢查裝置氣密性，再加入實驗藥品．接下來的實驗操作是關閉K₁，打開K₂，打開分液漏斗活塞，加入NaOH濃溶液至不再產(chǎn)生氣體．打開K₁，通過氮氣一段時間，測定C裝置反應前后的質量變化．通入氮氣的目的是把裝置中殘留的氨氣全部趕入C裝置中．
（3）由于裝置存在缺陷，導致測定結果偏高，請?zhí)岢龈倪M意見C裝置出口處連接一個干燥裝置．
[方案2]
用如圖裝置測定m g樣品中AlN的純度（部分夾持裝置已略去）．

（4）為測定生成氣體的體積，量氣裝置中的X液體可以是ac（填字母）．
a．CCl₄         b．H₂O         c．d．NH₄Cl溶液
（5）若m g樣品完全反應，測得生成氣體的體積為V mL（已轉換為標準狀況），則AlN的質量分數(shù)為$\frac{41V}{22400m}$×100%．
[方案3]
按以下步驟測定樣品中AlN的純度：

（6）若步驟②通入少量CO₂，則生成沉淀的離子方程式為CO₂+AlO₂^-+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓．
（7）若在步驟③中未洗滌，測定結果將偏高（填“偏高”、“偏低”或“無影響”）．

Answer 1

分析 （1）分析裝置和儀器作用分析，氨氣是和濃硫酸能發(fā)生反應的氣體，易發(fā)生倒吸，儀器作用是防止倒吸的作用；
（2）組裝好實驗裝置，依據(jù)原理可知氣體制備需要先檢查裝置氣密性，加入實驗藥品．接下來的實驗操作是關閉K₁，打開K₂，反應生成氨氣后衛(wèi)把裝置中的氣體全部趕入裝置C被濃硫酸吸收，準確測定裝置C的增重計算；
（3）裝置存在缺陷是空氣中的水蒸氣和二氧化碳也可以進入裝置C，使測定結果偏高，需要連接一個盛堿石灰干燥管；
（4）依據(jù)氨氣極易溶于水的性質分析判斷；
（5）依據(jù)化學方程式定量關系計算得到；
（6）步驟②生成的沉淀是氫氧化鋁，是偏鋁酸鈉溶液中通入過量二氧化碳氣體反應生成；
（7）沉淀不洗滌得到濾渣質量會增大，測定結果會偏高．

解答 解：（1）分析裝置和儀器作用分析，氨氣是與濃硫酸能發(fā)生反應的氣體，易發(fā)生倒吸，圖C裝置中球形干燥管的作用是防止倒吸的作用，
故答案為：防止倒吸；
（2）組裝好實驗裝置，原理可知氣體制備需要先檢查裝置氣密性，加入實驗藥品．接下來的實驗操作是關閉K₁，打開K₂，打開分液漏斗活塞，加入NaOH濃溶液，至不再產(chǎn)生氣體．打開K₁，通入氮氣一段時間，測定C裝置反應前后的質量變化．通入氮氣的目的是，反應生成氨氣后衛(wèi)把裝置中的氣體全部趕入裝置C被濃硫酸吸收，準確測定裝置C的增重計算，
故答案為：檢查裝置氣密性；關閉K₁，打開K₂；把裝置中殘留的氨氣全部趕入C裝置中；
（3）裝置存在缺陷是空氣中的水蒸氣和二氧化碳也可以進入裝置C，使測定結果偏高，需要連接一個盛堿石灰干燥管，
故答案為：C裝置出口處連接一個干燥裝置；
（4）依據(jù)氨氣極易溶于水的性質分析，為測定生成氣體的體積，量氣裝置中的X液體可以是；
a．CCl₄不能溶解氨氣，可以用排四氯化碳溶液的方法測定氨氣體積，故a正確；      
b．氨氣極易溶于水，不能排水法測定，故b錯誤；    
c．  氨氣不溶于苯，可以利用排苯溶液，測定氨氣的體積，故c正確；
d．氨氣極易溶于水，不能用排NH₄Cl溶液的方法測定氣體體積，故d錯誤，故選ac，
故答案為：ac；
（5）若m g樣品完全反應，測得生成氣體的體積為V mL（已轉換為標準狀況），
    AIN+NaOH+H₂O═NaAIO₂+NH₃↑
    41                                      22.4L
    m                                     V×10^-3L
m=$\frac{41V×1{0}^{-3}}{22.4}$
則AlN的質量分數(shù)=$\frac{\frac{41V×1{0}^{-3}}{22.4}}{m}$×100%=$\frac{41V}{22400m}$×100%，
故答案為：$\frac{41V}{22400m}$×100%；
（6）步驟②生成的沉淀是氫氧化鋁，是偏鋁酸鈉溶液中通入過量二氧化碳氣體反應生成，反應的離子方程式為：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓，
故答案為：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓；
（7）若在步驟③中未洗滌，沉淀不洗滌得到濾渣質量會增大，測定結果會偏高，故答案為：偏高．

點評 本題考查了物質性質的探究實驗設計和實驗分析判斷，實驗基本操作和物質性質的掌握是關鍵，題目難度中等．