Question

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)寫出AlN與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

．
（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y g，滴定管的讀數(shù)為a mL．
②稱取xg AlN樣品置于錐形瓶中；塞好膠塞，關(guān)閉活塞

 

，打開活塞

 

，通過分液漏斗加入稀硫酸，與燒瓶內(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

 

，打開活塞

 

，通過分液漏斗加入過量

 

（填化學(xué)式），與燒瓶內(nèi)物質(zhì)充分反應(yīng)．
④

 

（填入該步應(yīng)進(jìn)行的操作）．
⑤記錄滴定管的讀數(shù)為b mL，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

 

．
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

 

（填“偏大”、“偏小”或“無影響”）．
③Al₄C₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

．（該實(shí)驗(yàn)條件下的氣體摩爾體積為V_m）．

Answer 1

考點(diǎn)：探究物質(zhì)的組成或測(cè)量物質(zhì)的含量

專題：實(shí)驗(yàn)探究和數(shù)據(jù)處理題

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)，以此分析解答；
（1）根據(jù)題目信息：AlN溶于強(qiáng)堿溶液時(shí)會(huì)生成NH₃來書寫方程式；
（3）②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；
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，打開活塞K₃；
④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；
（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小；
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：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，化學(xué)方程式為：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，故答案為：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑；
（3）②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，
故答案為：K₂、K₃； 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，打開活塞K₃，故答案為：K₁；K₃；NaOH；
④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氨氣的質(zhì)量為（z-y）g，物質(zhì)的量為

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

z-y

17

mol×41g/mol=

41(z-y)

17

g，故AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

41(z-y) 17

x

×100%=

41(z-y)

17x

×100%，故答案為：

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

(b-a)×10 -3

Vm

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

1

3

×

(b-a)×10 -3

Vm

mol×144g/mol=

48(b-a)×10 -3

Vm

g，Al₄C₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

0.048(a-b)

Vm?x

×100%，故答案為：

0.048(a-b)

Vm?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題的能力，難度大．