Question

氮化鋁是一種新型的無機非金屬材料，被廣泛應(yīng)用于集成電路生產(chǎn)領(lǐng)域．在氮氣流中由氧化鋁與焦炭在電爐中加熱制得．方程式為：Al₂O₃+N₂+3C

高溫  .

2AlN+3CO，反應(yīng)中原料配比不當或反應(yīng)不完全等因素都會造成產(chǎn)品中含有C、Al₄C₃或Al₂O₃等雜質(zhì)．請回答下列問題：
（1）探究氮化鋁與酸的反應(yīng)．
步驟1：取少量樣品于試管中，滴加稀H₂SO₄溶液至樣品全部溶解；
步驟2：檢驗生成產(chǎn)物中含有NH₄⁺；
寫出AlN與稀H₂SO₄反應(yīng)的化學方程式

 

．
（2）Al₄C₃與水反應(yīng)生成甲烷，甲烷與CuO反應(yīng)的化學方程式為：CH₄+4CuO

△   .

CO₂+2H₂O+4Cu為測定產(chǎn)品中有關(guān)成分的含量，所需儀器如下：

測定樣品中含有少量Al₄C₃的含量，各裝置連接的順序為A→C→F→C→D→E．主要實驗步驟如下：
①稱量D的質(zhì)量，按順序組裝儀器，將試樣放入錐形瓶中，檢查裝置的氣密性；
②從分液漏斗緩緩滴入稀硫酸，直到不再產(chǎn)生氣體時為止；
③點燃F酒精燈；④緩緩鼓入一定量的N₂；⑤再次緩緩鼓入一定量的N₂；
⑥再次稱量D的質(zhì)量；⑦重復步驟⑤和⑥的操作，直到D的質(zhì)量基本不變．
操作的先后順序是①→→⑤→⑥→⑦．
操作④的目的是

 

．
（3）測定樣品中AlN的含量，請選擇合適的藥品和裝置，按氣流方向連接各裝置，其順序為：

 

→

 

→

 

→E
若樣品質(zhì)量為16.4g，稱量C增重5.1g，則AlN的質(zhì)量分數(shù)是

 

．
（4）實驗室可利用Al₄C₃與水反應(yīng)來制備甲烷，通過排飽和食鹽水的方法先后各收集半量筒甲烷和半量筒氯氣，用鐵架臺固定好，（如圖）將裝置放置在光亮的地方（日光沒有直接照射），一會兒后，觀察到…，量筒壁上有油狀液滴生成，…，水槽中有少量固體析出．

①油狀液滴的成分是

 

（寫分子式）
②飽和食鹽水中有少量固體析出，其原因是

 

．（請結(jié)合方程式及必要的文字解釋）

Answer 1

考點：探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量

專題：實驗題

分析：（1）依據(jù)銨根離子的檢驗方法設(shè)計實驗步驟進行檢驗，AlN是一種良好的耐熱沖擊材料，可溶解于硫酸溶液生成硫酸鋁和硫酸銨；
（2）操作④是緩緩鼓入一定量的N₂ ，操作的目的是利用氮氣性質(zhì)穩(wěn)定把裝置中空氣趕凈；依據(jù)實驗裝置連接順序和測定成分發(fā)生的反應(yīng)分析判斷，裝置中的空氣需要趕凈，把樣品溶于稀硫酸完全反應(yīng)，利用氮氣把生成的甲烷全部趕到F裝置反應(yīng)，減少誤差；
（3）依據(jù)實驗裝置連接順序和測定成分發(fā)生的反應(yīng)分析判斷，裝置中的空氣需要趕凈，把樣品溶于稀硫酸完全反應(yīng)，利用氮氣把生成的甲烷全部趕到F裝置反應(yīng)，減少誤差，氮化鋁水解生成氫氧化鋁和氨氣，氨氣是堿性氣體，干燥需要用堿石灰，吸收可以用濃硫酸，最后稱重計算；
（4）①油狀液滴的成分是甲烷和氯氣光照發(fā)生取代反應(yīng)生成的取代產(chǎn)物，液體為二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳；
②飽和食鹽水中氯化鈉存在沉淀溶解平衡，取代反應(yīng)生成的氯化氫溶于水電離出的氯離子促進人沉淀溶解平衡逆向進行，析出氯化鈉晶體．

解答： 解：（1）檢驗生成產(chǎn)物中含有NH₄⁺，取少量樣品于試管中，滴加稀H₂SO₄至溶液呈酸性，取反應(yīng)后的溶液加入足量NaOH溶液，加熱，用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗產(chǎn)生的氣體，若試紙變藍，說明存在NH₄⁺，AlN與稀H₂SO₄反應(yīng)的化學方程式：2AlN+4H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+（NH₄）₂SO₄；
故答案為：2AlN+4H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+（NH₄）₂SO₄；
（2）若各裝置連接的順序為：A→C→F→C→D→E，稱量D的質(zhì)量，按順序組裝儀器，檢查裝置的氣密性，將試樣放入錐形瓶中，裝置中的空氣需要趕凈，把樣品溶于稀硫酸完全反應(yīng)，利用氮氣把生成的甲烷全部趕到F裝置反應(yīng)，CH₄與CuO發(fā)生反應(yīng)：CH₄+4CuO

△   .

CO₂+2H₂O+4Cu，減少測定誤差，所以需要補充的步驟為：④緩緩鼓入一定量的N₂；③點燃F酒精燈；②從分液漏斗緩緩滴入稀硫酸，直到不再產(chǎn)生氣體時為止；操作④緩緩鼓入一定量的N₂，把裝置中的空氣排凈，防止爆炸；
故答案為：④→③→②；將裝置中空氣排盡，防止空氣中CO₂對實驗產(chǎn)生干擾，防止發(fā)生爆炸；
（3）為測定AlN的含量，分析AlN能夠水解生成氫氧化鋁和氨氣，氨氣是堿性氣體，在裝置B中加入樣品滴入氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成氨氣，用裝置D中堿石灰吸收水蒸氣后，再用裝置C中濃硫酸吸收氨氣，稱重計算，所以裝置連接為B-D-C；若試樣為16.4g，測得C增重5.1g為氨氣的質(zhì)量，樣品中AlN的質(zhì)量分數(shù)=

5.1g 17g/mol ×4g/mol

16.4g

×100%=75%；
故答案為：B；D；C；75%；
（4）①油狀液滴的成分是甲烷和氯氣光照發(fā)生取代反應(yīng)生成的取代產(chǎn)物，液體為二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳；
故答案為：CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄；
②飽和食鹽水中氯化鈉存在沉淀溶解平衡，NaCl（s）?Na⁺（aq）+Cl^-（aq），取代反應(yīng)中生成HCl溶解后電離出氯離子，使Cl^-濃度增大，促使上述平衡逆向進行生成氯化鈉晶體；
故答案為：NaCl（s）?Na⁺（aq）+Cl^-（aq），反應(yīng)中有HCl生成，使溶液中的Cl^-濃度增大，促使上述平衡向生成NaCl固體的方向移動．

點評：本題考查了物質(zhì)組成和探究方法和實驗分析判斷，離子檢驗實驗步驟設(shè)計，實驗步驟的理解和設(shè)計是解題關(guān)鍵，題目難度中等．