Question

【題目】工業制得的氮化鋁（AlN）產品中常含有少量Al4C3、Al2O3、C等雜質．某同學設計了如下實驗分別測定氮化鋁（AlN）樣品中AlN和Al4C3的質量分數（忽略NH3在強堿性溶液中的溶解）．

（1）實驗原理：①Al4C3與硫酸反應可生成CH4；②AlN溶于強酸產生銨鹽，溶于強堿生成氨氣．寫出Al4C3與硫酸反應的化學方程 ．

（2）實驗裝置（如圖所示）：

（3）實驗過程：

①連接實驗裝置，檢驗裝置的氣密性．稱得D裝置的質量為yg，滴定管的讀數為amL；

②稱取xgAlN樣品置于裝置B瓶中；塞好膠塞，關閉活塞K2、K3，打開活塞K1，通過分液漏斗加入稀硫酸，與裝置B瓶內物質充分反應；

③待反應進行完全后，關閉活塞K1，打開活塞K3，通過分液漏斗加入過量NaOH，與裝置B瓶內物質充分反應；

④ （填入該步應進行的操作）；

⑤記錄滴定管的讀數為bmL，稱得D裝置的質量為zg．

（4）數據分析：（已知：該實驗條件下的氣體摩爾體積為Vm Lmol﹣1）

①Al4C3的質量分數為 ；

②若讀取滴定管中氣體的體積時，液面左高右低，則所測氣體的體積 （填“偏大”、“偏小”或“無影響”下同）．若分液漏斗和吸濾瓶間沒有用橡膠管連通，則所測氣體的體積 ；

③AlN的質量分數為 ．

Answer 1

【答案】（1）AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑；

（3）打開K2，通入空氣一段時間；

（4）①×100%．

②偏小；偏大；

③×100%．

【解析】

試題分析：從實驗裝置和實驗步驟上看，本實驗的原理是用足量硫酸與樣品中Al4C3完全反應，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，充分吸收生成的氨氣，并稱量其質量，從而求得AlN的質量分數，以此分析解答；

（1）②根據題目信息：AlN溶于強堿溶液時會生成NH3來書寫方程式；

（3）④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；

（4）①根據氮原子的守恒，氨氣的物質的量等于AlN的物質的量，可求得AlN的質量分數；

②讀取滴定管中氣體的體積時，液面左高右低，氣體的壓強大于大氣壓，測定氣體甲烷的體積偏小；如果裝置沒有橡膠管，隨液體流下試管中壓強增大，在排液過程中會排出的液體增多，導致測定結果偏高；

③根據碳原子的守恒，Al4C3的物質的量等于甲烷的物質的量的三分之一，可求得Al4C3的質量分數．

解：從實驗裝置和實驗步驟上看，本實驗的原理是用足量硫酸與樣品中Al4C3完全反應，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，充分吸收生成的氨氣，并稱量其質量，從而求得AlN的質量分數；

（1）根據題目信息：AlN溶于強堿溶液時會生成NH3，化學方程式為：AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑，

故答案為：AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑；

（3）④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量偏小，

故答案為：打開K2，通入空氣一段時間；

（4）①甲烷的體積為（a﹣b）mL，物質的量為mol，根據碳原子的守恒，Al4C3的物質的量等于甲烷的物質的量的三分之一，所以Al4C3的質量為×mol×144g/mol=g，Al4C3的質量分數為×100%，

故答案為：×100%．

②讀取滴定管中氣體的體積時，液面左高右低，氣體的壓強大于大氣壓，測定氣體甲烷的體積偏小，橡膠管可以平衡壓強讓液體順利滴入試管中，還可以起到降低實驗誤差的作用，如果裝置中沒有橡膠管，隨液體流下試管中壓強增大，試管中排出液體增多，測量出的該物質百分含量將會偏大，

故答案為：偏小；偏大；

③氨氣的質量為（z﹣y）g，物質的量為mol，根據氮原子的守恒，氨氣的物質的量等于AlN的物質的量，所以AlN的質量為mol×41g/mol=g，故AlN的質量分數為×100%=×100%，

故答案為：×100%．