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，请写出AlN与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y g，滴定管的读数为a mL。

②称取x g AlN样品置于锥形瓶中；塞好胶塞，关闭活塞_____________，打开活塞______________，通过分液漏斗加入稀硫酸，与锥形瓶内物质充分反应。

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)，与烧瓶内物质充分反应。

④__________________(填入该步应进行的操作)。

⑤记录滴定管的读数为b mL，称得D装置的质量为z g，

(4)数据分析

①AlN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”)。

③Al₄C₃的质量分数为________。(该实验条件下的气体摩尔体积为V_m)。

Answer

(1)AlN＋NaOH＋H2O=NaAlO2＋NH3↑

(3)②K2、K3 K1

③K1 K3 NaOH

④打开K2, 通入空气一段时间

(4)①×100% ②偏小 ③×100%

【解析】 (1)AlN与强酸、强碱的反应实质上是AlN先与水发生水解反应，生成Al(OH)3和NH3，生成物然后再分别与强酸或强碱反应。

(2)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。为了保证生成的氨气全部被吸收，实验装置设计了K2这一活塞和导管，目的就是反应后从此处通入惰性气体将氨气排出被充分吸收。根据氮原子守恒，氨气的物质的量等于AlN的物质的量，可求得AlN的质量分数；根据碳原子守恒，Al4C3的物质的量等于甲烷的物质的量的三分之一，可求得Al4C3的质量分数。