Question

10．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，請(qǐng)寫(xiě)出AlN與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑．
（2）實(shí)驗(yàn)裝置（如圖所示）

（3）實(shí)驗(yàn)過(guò)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y g，滴定管的讀數(shù)為a mL．
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(kāi)活塞K₁，通過(guò)分液漏斗加入稀硫酸，與燒瓶?jī)?nèi)物質(zhì)充分反應(yīng)，記錄滴定管的讀數(shù)為b mL．
③待反應(yīng)進(jìn)行完全后，關(guān)閉活塞K₁，打開(kāi)活塞K₃，通過(guò)分液漏斗加入過(guò)量NaOH溶液，與燒瓶?jī)?nèi)物質(zhì)充分反應(yīng)．
④打開(kāi)K₂，通入空氣一段時(shí)間（填入該步應(yīng)進(jìn)行的操作），稱得D裝置的質(zhì)量為z g．
（4）數(shù)據(jù)分析：①AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{41（z-y）}{17x}$×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(wú)影響”）．
③Al₄C₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{0.048（a-b）}{{V}_{m}x}$×100%（假設(shè)該實(shí)驗(yàn)條件下的氣體摩爾體積為V_mmol/L）．

溫度/℃	K1	K2
500	1.00	3.15
700	1.47	2.26
900	2.40	1.60

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)，
（1）根據(jù)題目信息：AlN溶于強(qiáng)堿溶液時(shí)會(huì)生成NH₃來(lái)書(shū)寫(xiě)方程式；
（3）②通過(guò)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(kāi)活塞 K₁；
③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，故應(yīng)關(guān)閉活塞K₁，打開(kāi)活塞K₃；
④裝置中殘留部分氨氣，打開(kāi)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；
（4）①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，可求得AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
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��；
③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，可求得Al₄C₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）根據(jù)題目信息：AlN溶于強(qiáng)堿溶液時(shí)會(huì)生成NH₃，化學(xué)方程式為：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，
故答案為：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑；
（3）③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，故應(yīng)關(guān)閉活塞K₁，打開(kāi)活塞K₃，
故答案為：K₁；K₃；
④裝置中殘留部分氨氣，打開(kāi)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(kāi)K₂，通入空氣一段時(shí)間；
（4）①氨氣的質(zhì)量為（z-y）g，物質(zhì)的量為$\frac{z-y}{17}$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$\frac{\frac{41（z-y）}{17}}{x}$×100%=$\frac{41（z-y）}{17x}$×100%，
故答案為：$\frac{41（z-y）}{17x}$×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甲烷的體積為（b-a）mL，物質(zhì)的量為$\frac{（b-a）×1{0}^{-3}}{{V}_{m}}$mol，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$\frac{1}{3}$×$\frac{（b-a）×1{0}^{-3}}{{V}_{m}}$mol×144g/mol=$\frac{48（b-a）×1{0}^{-3}}{{V}_{m}}$g，Al₄C₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{0.048（a-b）}{{V}_{m}x}$×100%，
故答案為：$\frac{0.048（a-b）}{{V}_{m}x}$×100%．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道關(guān)于物質(zhì)的組成和含量測(cè)定知識(shí)的綜合考查題，要求學(xué)生具有分析和解決問(wèn)題的能力，題目難度中等．