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；

②AIN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（如圖所示，量氣管為堿式滴定管改裝）

連好裝置后，首先應進行的操作是_____________________________________ 。

（3）實驗過程：稱得裝置D的初始質量為y g；稱取x g AlN樣品置于裝置B錐形瓶中，各裝置中加入相應藥品，重新連好裝置；讀取量氣管的初始讀數為a mL(量氣裝置左右液面相平)。

①欲首先測量Al4C3質量分數的有關數據，對K1、K2、K3三個活塞的操作是關閉活塞_______，打開活塞______。

②若無恒壓管，對所測氣體體積的影響是_______（填“偏大”、“偏小”或“無影響”）。

③量氣管中液面不再發生變化，說明反應已經結束。讀取讀數之前，應對量氣管進行的操作為 ______________________________________ ；若量氣管中的液面高于右側球形容器中的液面，所測氣體的體積_________（填“偏大”、“偏小”或“無影響”）。

④記錄滴定管的讀數為b mL（已知：該實驗條件下的氣體摩爾體積為Vm L· mol－1），則Al4C3的質量分數為___________（用可能含a、b、x、y、Vm的代數式表示）。

⑤測量AlN質量分數的數據：首先關閉活塞K1，打開活塞K3，通過分液漏斗加入過量NaOH溶液，與裝置B瓶內物質充分反應；反應完成后，___________________________（填該步應進行的操作），最后稱得裝置D的質量為z g。

Answer 1

【答案】AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑ 檢查裝置的氣密性 K2、K3 K1 偏大 調整量氣管高度，使左右兩邊液面相平 偏小 打開K2，通入一段時間空氣

【解析】

本題是一道綜合題，主要考察無機實驗以及化學反應動力學，根據題意是要通過測量生成的氣體的量來求樣品的純度，據此來作答，難度一般。

（1）中的鋁元素是+3價的，因此在堿性環境中會轉化為，加上題干信息可知還有一種產物是氨氣，據此寫出方程式即可： ；

（2）在進行涉及到氣體的實驗時，組裝好儀器后一定要先檢查氣密性再開始實驗，否則會造成實驗結果不準甚至實驗失敗；

（3）①根據題意，若要知道的質量分數，我們要測出與硫酸反應生成的體積，測體積需要使用裝置A中的量氣管，因此我們要先打開K1，關閉K2、K3，讓生成的大部分進入量氣管中；

②分液漏斗上的恒壓管起到平衡壓強的作用，若無恒壓管，滴入B中的酸液會將B中的空氣“趕”入量氣管，導致所測氣體的體積偏大；

③在讀取讀數前一定要先調整量氣管高度，使左右兩邊液面相平，這是操作量氣管時的基本要求；若量氣管中液面高于右側球形容器中的液面，也就是說右側的壓強更大，有部分待測氣體尚未進入左側量氣管，導致測得氣體體積偏小；

④實驗中產生的甲烷體積一共是mL，在實驗條件下為mol甲烷，由方程式可知和的化學計量數之比為3:1，則原樣品中有mol ，的摩爾質量為144g/mol，因此原樣品中有g，則的質量分數為，化簡后為；

⑤K2的作用在于：反應結束后仍會有少量氨氣殘留在裝置B內，我們可以從K2處外接空氣泵，通入空氣將裝置B內的氨氣“趕”入裝置D中，確保所有的氨氣都被D吸收，因此我們要做的是：打開K2，通入一段時間的空氣。