Question

【題目】氮化鋁(AlN)是一種新型無機材料，工業上由氧化鋁與焦炭在氮氣流中高溫制得，產品中常含有Al4C3、C和Al2O3等雜質。某實驗小組為測定a g工業氮化鋁樣品中AlN的質量及Al4C3的質量分數，設計了如下裝置，已知裝置B、C、D中的藥品均足量。

已知：①AlN和Al4C3均能與水反應，分別生成NH3和CH4。②CH4能與CuO發生反應：CH4＋4CuO4Cu＋CO2＋2H2O。

(1)寫出錐形瓶中發生反應的化學方程式。AlN與H2O反應：__________；Al4C3與H2O反應：____________。

(2)有下列操作步驟：①緩緩鼓入一定量的N2；②稱量C和D(酒精燈和鐵架臺等除外)的質量，按順序組裝儀器，檢查裝置的氣密性，將樣品放入錐形瓶中；③點燃D處酒精燈；④再次稱量C和D的質量；⑤從分液漏斗緩緩滴入水，直到不再產生氣體時為止；⑥再次緩緩鼓入一定量的N2。正確的操作順序是_________。

(3)C的作用是吸收氨氣，則C中所盛試劑的最佳選擇是________(填代號)。

A．蒸餾水　　　　B．濃硝酸C．濃鹽酸 D．濃硫酸

(4)A中反應結束后，還要通入一段時間的N2至D中固體恢復到室溫，其目的是_______(寫兩條)。

(5)實驗結束后，測得反應后D中固體質量減少m g，C中增加n g，則a g樣品中AlN的質量為________g，Al4C3的質量分數為________×100%。

Answer 1

【答案】AlN＋3H2O=Al(OH)3＋NH3↑ Al4C3＋12H2O=4Al(OH)3＋3CH4↑ ②①③⑤⑥④ D 使生成的甲烷充分反應或生成的氨氣完全被吸收或防止高溫下銅與空氣中的氧氣反應，重新生成氧化銅 （或2.41n）

【解析】

（1）依據已知條件AlN和Al4C3均能與水反應，分別生成NH3和CH4，結合水解原理作答；

（2）依據實驗原理分析作答；

（3）氨氣為堿性氣體，需用酸性吸收劑，結合各物質物理性質分析；

（4）繼續通入氮氣，可使氣體充分吸收，同時可防止氧氣干擾實驗；

（5）根據C中增重計算AlN的質量，根據D中質量差和方程式計算Al4C3的質量分數。

（1）AlN和Al4C3均能與水反應，分別生成NH3和CH4，則AlN與H2O反應生成氫氧化鋁與氨氣，其化學方程式為：AlN＋3H2O=Al(OH)3＋NH3↑；Al4C3與H2O反應生成氫氧化鋁與甲烷，其化學方程式為：Al4C3＋12H2O=4Al(OH)3＋3CH4↑；

（2）由題意可知該實驗的原理是：根據裝置C的增重測定生成NH3的量，通過D中氧化銅粉末的質量變化測定CH4的量，實驗前，首先稱量C和D的質量，其次通入氮氣排空氣，再次點燃D處酒精燈，然后使樣品與水反應，生成的氨氣被C吸收，甲烷與氧化銅發生反應，最后，再通入氮氣，使裝置內的氣體充分反應或被吸收，同時避免生成的銅重新被氧化，再次稱量C和D的質量，所以正確的操作順序為②①③⑤⑥④；

（3）濃硝酸和濃鹽酸易揮發，會造成質量誤差，所以B、C項錯誤；氨氣雖然極易溶于水，但氨水易揮發，會造成質量誤差，揮發出的氨氣和水蒸氣都會對D中實驗造成干擾，A項錯誤；濃硫酸可吸收氨氣，達到實驗目的，D項正確；

故答案選D；

（4）A中反應結束后，還要通入一段時間的N2至D中固體恢復到室溫，主要是為了使生成的甲烷充分反應或生成的氨氣完全被吸收或防止高溫下銅與空氣中的氧氣反應，重新生成氧化銅；

（5）裝置C增加的質量即為氨氣的質量，ng氨氣的物質的量為，則根據N守恒，AlN的物質的量亦為，質量為×41g/mol=（或2.41n）g；根據CH4＋4CuO4Cu＋CO2＋2H2O和D中固體質量減少mg，可求得消耗CH4的物質的量為，則根據C守恒，ag樣品中含Al4C3的物質的量為，其質量為mol×144g/mol=g，其質量分數為×100%，故答案為：（或2.41n）；。