Question

8．氮化鋁（AlN）是一種新型無機非金屬材料．某AlN樣品僅含有Al₂O₃雜質，為測定AlN的含量，設計如下實驗方案．
（1）實驗原理：
AlN溶于濃的強堿生成氨氣，請寫出AlN與NaOH溶液反應的化學方程式AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑．
（2）實驗裝置：

如圖C裝置中球形干燥管的作用是防止倒吸．
（3）實驗過程：
①連接好實驗裝置，檢驗裝置的氣密性．然后稱得C裝置的質量為yg．
②稱取xgAlN樣品置于A裝置中；塞好膠塞，關閉K₁，打開K₁（填“K₁”或“K₂”）；通過分液漏斗加入NaOH濃溶液，至不再產生氣體．打開K₁，通入氮氣一段時間，稱得C裝置的質量變為zg．通入氮氣的目的是把裝置中殘留的氨氣全部趕入C裝置，使氨氣被充分吸收．裝置B的作用是干燥氨氣．
（4）數據分析：
①AlN的質量分數為$\frac{41（z-y）}{17x}$×100%．（相對原子質量Al：27，N：14）
②由于裝置存在缺陷，導致測定結果偏高，請提出改進意見C裝置出口處連接一個干燥裝置，以防止空氣中的水蒸氣進入．

Answer 1

分析 從實驗裝置和實驗步驟上看，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）根據題目信息：AlN溶于強堿溶液時會生成NH₃來書寫方程式；
（2）氨氣極易溶于水和濃硫酸發生反應，C裝置中球形干燥管可以防止倒吸；
（3）①利用裝置生成氣體，測定氣體質量完成含量測定，裝置必須密閉不漏氣；
③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，故應關閉活塞K₁，打開活塞K₂；
④裝置中殘留部分氨氣，打開K₁，通入氮氣一段時間，用氮氣把裝置內生成的氨氣全部趕到濃硫酸中被吸收，裝置B是吸收氨氣中的水蒸氣；
（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裝置C處濃硫酸會吸收空氣中的水蒸氣使測定氨氣質量增大．

解答 解：（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↑；
（2）氨氣極易溶于水和濃硫酸發生反應，C裝置中球形干燥管上部面積較大可以防止倒吸，避免產生危險，導致測定結果不準確，
故答案為：防止倒吸；
（3）①利用裝置生成氣體，測定吸收氣體質量來完成含量測定，裝置必須密閉不漏氣，連接好實驗裝置，先檢驗裝置的氣密性，然后稱得C裝置的質量為yg為吸收氨氣的質量，
故答案為：檢驗裝置的氣密性；
②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，故應關閉活塞K₁，打開活塞K₂，使生成的氨氣被濃硫酸全部吸收，通過分液漏斗加入NaOH濃溶液，至不再產生氣體．打開K₁，通入氮氣一段時間，稱得C裝置的質量變為zg．通入氮氣的目的是把裝置中殘留的氨氣全部趕入C裝置，使氨氣被充分吸收，避免氨氣中的水蒸氣影響測定結果，通過裝置B中的堿石灰吸收水蒸氣，對氨氣進行干燥，
故答案為：K₁；K₂；把裝置中殘留的氨氣全部趕入C裝置，使氨氣被充分吸收，干燥氨氣；
（4）①氨氣的質量為（z-y）g，物質的量為$\frac{z-y}{17}$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$\frac{z-y}{17}$mol×41g/mol=$\frac{41（x-y）}{17}$g，故AlN的質量分數為$\frac{\frac{41（z-y）}{17}}{x}$×100%=$\frac{41（z-y）}{17x}$×100%，
故答案為：$\frac{41（z-y）}{17x}$×100%；
②裝置C處濃硫酸會吸收空氣中的水蒸氣使測定氨氣質量增大，改進意見C裝置出口處連接一個干燥裝置，以防止空氣中的水蒸氣進入，
故答案為：C裝置出口處連接一個干燥裝置，以防止空氣中的水蒸氣進入．

點評 本題是一道關于物質的組成和含量測定知識的綜合考查題，要求學生具有分析和解決問題的能力，題目難度中等．