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,請寫出AlN與NaOH溶液反應的化學方程式: 。

（2）實驗裝置(如下圖所示)

（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y g,滴定管的讀數為a mL。

②稱取x g AlN樣品置于錐形瓶中;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,與燒瓶內物質充分反應，記錄滴定管的讀數為b mL。

③待反應進行完全后,關閉活塞 ,打開活塞 ,通過分液漏斗加入過量NaOH溶液,與燒瓶內物質充分反應。

④ (填入該步應進行的操作)，稱得D裝置的質量為z g。

（4）數據分析：①AlN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”)。

③Al4C3的質量分數為 (假設該實驗條件下的氣體摩爾體積為Vm mol/L)。

Answer 1

【答案】（1）AlN+NaOH+H2ONaAlO2+NH3↑

（3）③K1，K3；④打開K2，通入空氣一段時間（或通氮氣）

（4）① [41(z-y)/17x ]×100%；②偏�。�

③ [71(b-a)/1500xVm ] ×100%或[71(b-a)/15 xVm ] %

【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；

（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↑。

（3）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K3。故答案為：K1；K3；NaOH；

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氨氣的質量為(z-y)g，物質的量為(z-y)/17mol，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(z-y)/17mol×41g/mol=41(z-y)/17g，故AlN的質量分數為[41(z-y)/17x ]×100%。故答案為：[41(z-y)/17x ]×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。故答案為：偏小；

③甲烷的體積為(b-a)L，物質的量為[(b-a)×10-3]/Vmmol，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1/3×[(b-a)×10-3]/Vmmol×144g/mol=[71(b-a)/1500xVm ] ×100%或 [71(b-a)/15 xVm ] %。故答案為：[71(b-a)/1500xVm ] ×100%或 [71(b-a)/15 xVm ] %。