Question

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。

写出Al₄C₃与硫酸反应的化学方程                           。

（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K₁，打开活塞K₃  ，通过分液漏斗加入过量NaOH ，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”下同)。若分液漏斗和吸滤瓶间没有用橡胶管连通，则所测气体的体积            。

③AlN的质量分数为                   。

Answer

（1）Al4C3 +6H2SO4==2Al2(SO4)3+3CH4↑

（3）④打开K2通入空气一段时间

（4）① ；②偏小；偏大；③×100%

【解析】

试题分析：（1）Al4C3与硫酸反应的化学方程式为Al4C3 +6H2SO4==2Al2(SO4)3+3CH4↑，故答案为：Al4C3 +6H2SO4=2Al2(SO4)3+3CH4↑；

（3）实验过程：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。通过分液漏斗加入稀硫酸，硫酸与样品中Al4C3完全反应，量取生成的甲烷气体，从而测得Al4C3的百分含量，故应关闭活塞K2、K3，打开活塞 K1。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。故应关闭活塞K1，打开活塞K3由②中分析可知，通过分液漏斗加入过量氢氧化钠溶液，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，故答案为：打开K2，通入空气一段时间；

（4）数据分析：

①甲烷的体积为(a-b)mL，物质的量为=×10-3mol，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××10-3mol×144g/mol=×10-3g，Al4C3的质量分数为×100%=×100%．故答案为：×100%。

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，若分液漏斗和吸滤瓶间没有用橡胶管连通，则所测气体的的压强小于外界大气压，使得所测气体的体积偏大，故答案为：偏小；偏大；

③氨气的质量为(z-y)g，物质的量为=mol，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mol×41g/mol=g，故AlN的质量分数为×100%，故答案为：×100%。

考点：考查了探究物质的组成或测量物质的含量的相关知识。