Question

（15分）工业制得的氮化铝（AlN）产品中常含有少量Al₄C₃、Al₂O₃、C等杂质。某同学设计了如下实验分别测定氮化铝（AlN）样品中AlN和Al₄C₃的质量分数（忽略NH₃在强碱性溶液中的溶解）．

（1）实验原理：①Al₄C₃与硫酸反应可生成CH₄．②AlN溶于强酸产生铵盐，溶于强碱生成氨气，请写出AlN与过量NaOH溶液反应的化学方程式_____________________________。

（2）实验装置（如图所示）：

（3）实验过程：

①连接实验装置，检验装置的气密性．称得D装置的质量为yg，滴定管的读数为amL。

②称取xgAlN样品置于装置B瓶中；塞好胶塞，关闭活塞K₂、K₃，打开活塞K₁，通过分液漏斗加入稀硫酸，与装置B瓶内物质充分反应。

③待反应进行完全后，关闭活塞___________，打开活塞____________，通过分液漏斗加入过量________(填化学式)，与装置B瓶内物质充分反应。

④ _____________（填入该步应进行的操作）。

⑤记录滴定管的读数为bmL，称得D装置的质量为zg。

（4）数据分析：（已知：该实验条件下的气体摩尔体积为V_m L•mol^-1）

①Al₄C₃的质量分数为___________。

②若读取滴定管中气体的体积时，液面左高右低，则所测气体的体积__________（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）。

③AlN的质量分数为_______________。

Answer

（1） AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑

（3）③ K1 K3 NaOH ④打开K2，通入空气一段时间

（4）① ②偏小 ③

【解析】

试题分析：从实验装置和实验步骤上看，本实验的原理是用足量硫酸与样品中Al4C3完全反应，量取生成的甲烷气体，从而可测得Al4C3的百分含量；用足量NaOH溶液与样品中AlN完全反应，充分吸收生成的氨气，并称量其质量，从而求得AlN的质量分数；

（1）根据题目信息：AlN溶于强碱溶液时会生成NH3，化学方程式为：AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑；

（3）③用足量NaOH溶液与样品中AlN完全反应，充分吸收生成的氨气，并称量其质量，故应关闭活塞K1，打开活塞K3；④装置中残留部分氨气，打开K2，通入空气一段时间，排尽装置的氨气，被装置D完全吸收，防止测定的氨气的质量偏小；（4）①甲烷的体积为（a-b）mL，物质的量为mol，根据碳原子的守恒，Al4C3的物质的量等于甲烷的物质的量的三分之一，所以Al4C3的质量为=，Al4C3的质量分数为。②读取滴定管中气体的体积时，液面左高右低，气体的压强大于大气压，测定气体甲烷的体积偏小；③氨气的质量为(z-y)g，物质的量为(z-y)/17mol，根据氮原子的守恒，氨气的物质的量等于AlN的物质的量，所以AlN的质量为(z-y)/17mol×41g/mol=41(z-y)/17g,故AlN的质量分数为=。

考点：本题是一道关于物质的组成和含量测定知识的综合考查题，要求学生具有分析和解决问题的能力。