Question

(16分)氮化铝(AlN)陶瓷是一种类金刚石氮化物的新型无机非金属材料，最高可稳定到2200°C，导热性好，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料。抗熔融金属侵蚀的能力强，是熔铸纯铁、铝或铝合金理想的坩埚材料。工业用氮化铝(AlN)产品中常含有少量Al₄C₃、Al₂O₃、C等杂质。现要通过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

①已知Al₄C₃与硫酸反应可生成CH₄，则该反应的离子方程式是______________。

②AlN溶于强酸生成铵盐，溶于氢氧化钠溶液生成氨气，请写出AlN与NaOH溶液反应的化学方程式___________。

（2）实验装置(如下图所示)

（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样品置于锥形瓶中；塞好胶塞，关闭活塞K₂、K₃，打开活塞K₁，通过分液漏斗加入过量____(填化学式)，与锥形瓶内物质充分反应。

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  _______(填化学式)，与锥形瓶内物质充分反应。

④打开K₂，通过打气装置通入空气一段时间。

⑤记录滴定管的读数为bmL，称得D装置的质量为zg。

（4）数据处理与问答

①在上述装置中，设置活塞K₂的目的是__________。

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 ____，AlN的质量分数为_______。

Answer

（16分）（每空2分）（1）①Al4C3+12H+=3CH4↑+4Al3+；②AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑；

（3）②稀H2SO4；③NaOH溶液；

（4）①便于鼓入空气将装置B中的氨气全部转移到D中；②偏小；

③[0.048（a-b）/xVm]×100％；[41(z-y）/17x]×100％；

【解析】

试题分析：（1）①Al4C3与硫酸反应可生成CH4，根据电荷守恒、原子守恒，可得该反应的离子方程式是Al4C3+12H+=3CH4↑+4Al3+；②AlN溶于强酸生成铵盐，溶于氢氧化钠溶液生成氨气，AlN水解产生Al(OH)3和NH3，在强碱性溶液中，则Al(OH)3与强碱发生反应产生NaAlO2，则AlN与NaOH溶液反应的化学方程式是AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑；（3）在氮化铝(AlN)样品含AlN和Al4C3，Al4C3与硫酸反应可生成CH4，AlN溶于硫酸生成铵盐，溶于氢氧化钠溶液生成氨气，为了测定混合物中各种成分的含量，应该先加入足量的稀硫酸，只有Al4C3反应产生CH4，通过测量气体的体积来确定Al4C3的含量；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溶液，使AlN与强碱发生反应产生NH3，再通过测量产生的NH3的体积确定AlN的含量。（4）①在上述装置中，设置活塞K2的目的是便于鼓入空气将装置B中的氨气全部转移到D中；②若读取滴定管中气体的体积时，液面左高右低，则气体的压强比大气压强大，使所测气体的体积偏小；③Al4C3与硫酸反应的方程式是：Al4C3+12H+=3CH4↑+4Al3+；根据方程式可知：每1mol Al4C3发生反应产生3mol CH4气体，现在甲烷的体积是体积是(a-b)mL，则甲烷的物质的量是则，所以Al4C3的含量是。硫酸增加的质量就是反应产生的氨气的质量，m(NH3)= (z-y)g，则NH3的物质的量是n(NH3)= (z-y)g÷17g/mol=(z-y)/17mol，则根据N元素守恒可知n(AlN)=(z-y)/17mol，m(AlN)= =(z-y)/17mol×41g/mol=41(z-y）/17g，所以AlN的含量是η=[ m(AlN）÷m(总)] ×100％=[41(z-y）/17x]×100％；

考点：考查元素及化合物的知识。主要包括物质组成和含量的测定方法。