Question

2．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與過量NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑．
（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yg，滴定管的讀數(shù)為amL．
②稱取xgAlN樣品置于裝置B瓶中；塞好膠塞，關(guān)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(nèi)物質(zhì)充分反應(yīng)．記錄滴定管的讀數(shù)為bmL．
③待反應(yīng)進(jìn)行完全后，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)．
④打開活塞K₂，通入空氣一段時(shí)間（填入該步應(yīng)進(jìn)行的操作）．
⑤稱得D裝置的質(zhì)量為zg．
（4）數(shù)據(jù)分析：
①若Al₄C₃反應(yīng)后讀取滴定管中氣體的體積時(shí)，液面左高右低，則所測得Al₄C₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將偏�。ㄌ睢捌�大”、“偏小”或“無影響”）．
②AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{41（z-y）}{17x}$×100%．

Answer 1

分析 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)，
（1）AlN溶于強(qiáng)堿溶液時(shí)會(huì)生成NH₃；
（3）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，測定氣體甲烷的體積偏��；
②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)．

解答 解：（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）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，防止測定的氨氣的質(zhì)量偏小，
故答案為：通入空氣一段時(shí)間；
（4）①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，測定氣體甲烷的體積偏小，故答案為：偏��；
 ②氨氣的質(zhì)量為（z-y）g，物質(zhì)的量為$\frac{z-y}{17}$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$\frac{z-y}{17}$mol×41g/mol=$\frac{41（z-y）}{17}$g，故AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)含量的測定，為高考常見題型，題目涉及對(duì)實(shí)驗(yàn)原理與操作步驟的理解、化學(xué)計(jì)算、物質(zhì)組成的測定等，難度較大，是對(duì)所需知識(shí)的綜合運(yùn)用，需要學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)與分析問題、解決問題的能力，理解實(shí)驗(yàn)原理是解答的關(guān)鍵．