Question

氮化铝（AlN）是一种新型无机材料，广泛应用与集成电路生产领域．某氮化铝中含有碳或氧化铝杂质，现用图Ⅰ中的一些装置来进行检验，使氮化铝样品和NaOH溶液反应AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，根据反应中所生成氨气的体积来测定样品中的氮化铝的质量分数，并根据实验现象来确定杂质的成分（实验中导管体积忽略不计）

（1）实验有关操作为：a、往锥形瓶中放入适量的AlN样品：b、从分液漏斗往锥形瓶中加入过量的浓NaOH；c、检验装置的气密性；d、测定收集到水的体积．正确的操作顺序为______．
（2）本试验中检查装置气密性的方法是______．
（3）广口瓶中的试剂X可选用______（填选项的标号）．A  汽油    B  酒精    C  植物油    D  CCl₄
（4）广口瓶的液体没有装满（上方留有少量空间），实验测得NH₃的体积将______（填偏大、偏小或不变）．
（5）实验结束后，若观察到锥形瓶中还有固体，则样品中含有的杂质是______．
（6）若实验中测得样品的质量为wg，氨气的体积为aL（标况下），则样品中AlN的质量分数为______（AlN的相对分子质量为41，每22、4L氨气质量为17g）．
（7）有人改用图Ⅱ装置进行同样实验，通过测定烧杯中硫酸的增重来确定样品中AlN的质量分数．你认为是否可行？______（填入“可行”、“不可行”）．原因是______，改进的方法为______．
（8）在mg 20%的氢氧化钠溶液中滴加2～3滴酚酞试液，然后边搅拌边逐滴向其中加入硫酸镁溶液，至溶液的红色完全褪去时，滤去沉淀，称得剩余溶液总质量为3mg．
①计算所加硫酸镁溶液的质量分数；（3分）
②用N表示溶液中离子的数目，不同种离子用离子符号注明[如N （Na'）表示钠离子的数目]，请建立坐标系，绘制上述滴加过程中各种离子的数目随溶液的不断加入而变化的关系图．（3分）

Answer

（1）制取气体时，为防止装置漏气应在连接装置后立即进行装置气密性检查，确定装置不漏气后，本着先加固体后加液体的原则加入药品；最后进行气体的收集与测量；
（2）关闭分液漏斗的活塞，装置内形成封闭环境，如果对装置进行加热，装置内气体受热体积变大，若气密性良好，就会观察到广口瓶中右侧导管水柱上升，恒温时水柱并不回落；
（3）产生的氨气极易溶于水，为防止氨气溶于水需要把气体与水隔离，因此应选择不能与氨气产生作用的液体作为隔离液；
（4）本次实验的目的在于测定产生气体的体积而不是收集纯净的气体，因此，广口瓶内的原有气体不在测量范围内；
（5）氮化铝、氧化铝都可与氢氧化钠溶液反应，形成偏铝酸钠溶液、水和氨气，充分反应后不会有固体物质的残留；而碳不能与氢氧化钠溶液反应；
（6）样品中AlN的质量分数=×100%，因此，需要根据反应的化学方程式，由产生氨气的质量计算参加反应氮化铝的质量；
（7）氨气能与硫酸反应生成硫酸铵而使稀硫酸溶液质量增加，但由于反应较为剧烈而会使稀硫酸倒吸，而造成烧杯内质量不准确；为避免该现象出现，可在导管末端安装漏斗防止倒吸；
（8）①氢氧化钠溶液呈碱性，可使无色酚酞变红；氢氧化钠与硫酸镁溶液反应，生成氢氧化镁沉淀和硫酸钠溶液，硫酸钠溶液呈中性，当恰好完全反应时所得溶液不能使酚酞变红而呈无色；根据反应的化学方程式，由氢氧化钠的质量可计算恰好完全反应时所加硫酸镁的质量；根据质量守恒定律，所加硫酸镁溶液的质量=反应后溶液质量+氢氧化镁沉淀质量-氢氧化钠溶液质量；
②氢氧化钠与硫酸镁反应生成氢氧化镁沉淀和硫酸钠，溶液中钠离子数目不变，而随硫酸镁的滴加硫酸根离子不断增多、氢氧根离子不断减少，原溶液不含镁离子且滴入硫酸镁后马上生成氢氧化镁沉淀，所以滴加前后溶液中始终不含镁离子．
【解析】
（1）应先进行装置气密性检验，然后依次加入固体药品、液体药品，最后进行气体排出水的测量，确定产生气体体积；
故答案为：cabd；
（2）通过加热装置内气体使气体体积变大，如果装置漏气则不会观察到装置内有明显变化；如果气密性良好，广口瓶中右侧导管水柱上升，恒温时水柱并不回；
故答案为：关闭分液漏斗活塞，微热锥形瓶，广口瓶中右侧导管水柱上升，恒温时水柱并不回落；
（3）酒精、汽油和四氯化碳虽然都不能与氨气发生反应，但它们却都极易挥发，挥发出来的气体对实验有影响而且挥发完后不能再起到隔离氨气与水接触的作用；再加之酒精易溶于水，也不能达到隔离的目的；而植物油既不溶于水也不挥发，可以把氨气与水进行隔离；
故答案为：C；
（4）本次实验的目的在于测定产生气体的体积而不是收集纯净的气体，因此，广口瓶内的原有气体不在测量内，不会对测量结果产生影响；
故答案为：不变；
（5）由于碳不能与氢氧化钠溶液发生反应，而氮化铝、氧化铝等遇氢氧化钠溶液都能溶解而消失，因此，看到有固体残留时，说明原固体中含有碳；
故答案为：碳；
（6）设氮化铝的质量为x
AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑
41                  17
 y                 ×17g

y=g
样品中AlN的质量分数=×100%=%
故答案为：%；
（7）氨气极易溶于稀硫酸而出现倒吸，因此，该装置不能准确测量产生氨气的量；可在导管末端连接漏斗倒扣在液面上，刚氨气大量吸收时，烧杯内液面下降而脱离接触，可以防止稀硫酸的倒吸；
故答案为：不可行；氨气极易被吸收，发生倒吸现象；烧杯导管的末端接一倒扣的漏斗来吸收氨气（或其它合理答案）；
（8）①设：硫酸镁的质量为x，生成沉淀质量为y．
2NaOH+MgSO4═Na2SO4+Mg（OH）2↓
80    120    142     58
0.2m   x             y

解得：x=0.3m y=0.145m
所加硫酸镁溶液的质量分数=×100%=14.0%
答：所加硫酸镁溶液的质量分数为14.0%；
②反应前后溶液中钠离子数目不变，而氢氧根离子随硫酸镁的滴加不断生成氢氧化镁沉淀而减少；随着硫酸镁的滴加，溶液中的硫酸根离子不断增加；溶液中始终不含镁离子；
故答案为：如图所示