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(jì)如下實(shí)驗(yàn)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(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；

②AIN溶于強(qiáng)酸產(chǎn)生銨鹽，溶于強(qiáng)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)過程：稱得裝置D的初始質(zhì)量為yg；稱取xgAlN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amL(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)，對三個活塞的操作是________。

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bmL(已知：該實(shí)驗(yàn)條件下的氣體摩爾體積為VmL·mol－1)，則Al4C3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為______(用含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__，打開活塞___，通過分液漏斗加入過量___，與裝置B瓶內(nèi)物質(zhì)充分反應(yīng)；反應(yīng)完成后，____(填入該步應(yīng)進(jìn)行的操作)，最后稱得裝置D的質(zhì)量為zg。

Answer 1

【答案】AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑ 檢查裝置的氣密性 關(guān)閉活塞K2、K3，打開活塞K1 偏大 調(diào)整量氣管高度，使左右兩邊液面相平 偏小 0.048(a-b)/Vmx×100% K1 K3 NaOH溶液 打開K2，通入一段時間空氣

【解析】

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)堿溶液時會生成NH3，化學(xué)方程式為：AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑，

因此，本題正確答案是：AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑；
（2）連好裝置后，首先應(yīng)進(jìn)行的操作是檢查裝置的氣密性，

因此，本題正確答案是：檢查裝置的氣密性；

（3）①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，從而測得Al4C3的百分含量，故應(yīng)關(guān)閉活塞K2、K3，打開活塞K1，

因此，本題正確答案是：關(guān)閉活塞K2、K3，打開活塞K1；

②分液漏斗上的恒壓管起到平衡壓強(qiáng)的作用，若無恒壓管，則所測氣體體積偏大，

因此，本題正確答案是：偏大；

③讀數(shù)時要使氣體壓強(qiáng)和外界大氣壓相等，所以讀取讀數(shù)之前，要調(diào)整量氣管高度，使左右兩邊液面相平；讀取滴定管中氣體的體積時，液面左高右低，氣體的壓強(qiáng)大于大氣壓，測定氣體甲烷的體積偏小，

因此，本題正確答案是：調(diào)整量氣管高度，使左右兩邊液面相平；偏小；
④甲烷的體積為(b-a)mL，物質(zhì)的量為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×mol ×144g/mol=g，Al4C3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%，

因此，本題正確答案是：×100%；

⑤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，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)；裝置中殘留部分氨氣，打開K2，通入空氣一段時間，排盡裝置的氨氣，被裝置D完全吸收，防止測定的氨氣的質(zhì)量偏小，

因此，本題正確答案是：K1；K3；NaOH溶液；打開K2，通入一段時間空氣。