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)。某同學(xué)設(shè)計如下實驗分別測定氮化鋁（AlN）樣品中AlN和Al4C3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（忽略NH3在強堿性溶液中的溶解）。

（1）實驗原理：

①Al4C3與硫酸反應(yīng)可生成CH4；

②AIN溶于強酸產(chǎn)生銨鹽，溶于強堿生成氨氣，請寫出AlN與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：__________________________________________________________________

（2）實驗裝置（如圖所示，量氣管為堿式滴定管改裝）

連好裝置后，首先應(yīng)進(jìn)行的操作是_____________________________________ 。

（3）實驗過程：稱得裝置D的初始質(zhì)量為y g；稱取x g AlN樣品置于裝置B錐形瓶中，各裝置中加入相應(yīng)藥品，重新連好裝置；讀取量氣管的初始讀數(shù)為a mL(量氣裝置左右液面相平)。

①欲首先測量Al4C3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的有關(guān)數(shù)據(jù)，對K1、K2、K3三個活塞的操作是關(guān)閉活塞_______，打開活塞______。

②若無恒壓管，對所測氣體體積的影響是_______（填“偏大”、“偏小”或“無影響”）。

③量氣管中液面不再發(fā)生變化，說明反應(yīng)已經(jīng)結(jié)束。讀取讀數(shù)之前，應(yīng)對量氣管進(jìn)行的操作為 ______________________________________ ；若量氣管中的液面高于右側(cè)球形容器中的液面，所測氣體的體積_________（填“偏大”、“偏小”或“無影響”）。

④記錄滴定管的讀數(shù)為b mL（已知：該實驗條件下的氣體摩爾體積為Vm L· mol－1），則Al4C3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為___________（用可能含a、b、x、y、Vm的代數(shù)式表示）。

⑤測量AlN質(zhì)量分?jǐn)?shù)的數(shù)據(jù)：首先關(guān)閉活塞K1，打開活塞K3，通過分液漏斗加入過量NaOH溶液，與裝置B瓶內(nèi)物質(zhì)充分反應(yīng)；反應(yīng)完成后，___________________________（填該步應(yīng)進(jìn)行的操作），最后稱得裝置D的質(zhì)量為z g。

Answer 1

【答案】AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑ 檢查裝置的氣密性 K2、K3 K1 偏大 調(diào)整量氣管高度，使左右兩邊液面相平 偏小 打開K2，通入一段時間空氣

【解析】

本題是一道綜合題，主要考察無機實驗以及化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)，根據(jù)題意是要通過測量生成的氣體的量來求樣品的純度，據(jù)此來作答，難度一般。

（1）中的鋁元素是+3價的，因此在堿性環(huán)境中會轉(zhuǎn)化為，加上題干信息可知還有一種產(chǎn)物是氨氣，據(jù)此寫出方程式即可： ；

（2）在進(jìn)行涉及到氣體的實驗時，組裝好儀器后一定要先檢查氣密性再開始實驗，否則會造成實驗結(jié)果不準(zhǔn)甚至實驗失��；

（3）①根據(jù)題意，若要知道的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，我們要測出與硫酸反應(yīng)生成的體積，測體積需要使用裝置A中的量氣管，因此我們要先打開K1，關(guān)閉K2、K3，讓生成的大部分進(jìn)入量氣管中；

②分液漏斗上的恒壓管起到平衡壓強的作用，若無恒壓管，滴入B中的酸液會將B中的空氣“趕”入量氣管，導(dǎo)致所測氣體的體積偏大；

③在讀取讀數(shù)前一定要先調(diào)整量氣管高度，使左右兩邊液面相平，這是操作量氣管時的基本要求；若量氣管中液面高于右側(cè)球形容器中的液面，也就是說右側(cè)的壓強更大，有部分待測氣體尚未進(jìn)入左側(cè)量氣管，導(dǎo)致測得氣體體積偏小；

④實驗中產(chǎn)生的甲烷體積一共是mL，在實驗條件下為mol甲烷，由方程式可知和的化學(xué)計量數(shù)之比為3:1，則原樣品中有mol ，的摩爾質(zhì)量為144g/mol，因此原樣品中有g，則的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為，化簡后為；

⑤K2的作用在于：反應(yīng)結(jié)束后仍會有少量氨氣殘留在裝置B內(nèi)，我們可以從K2處外接空氣泵，通入空氣將裝置B內(nèi)的氨氣“趕”入裝置D中，確保所有的氨氣都被D吸收，因此我們要做的是：打開K2，通入一段時間的空氣。