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）AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑；

（3）打开K2，通入空气一段时间；

（4）①×100%．

②偏小；偏大；

③×100%．

【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，以此分析解答；

（1）②根据题目信息：AlN溶于强碱溶液时会生成NH3来书写方程式；

（3）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；

（4）①根据氮原子的守恒，氨气的物质的量等于AlN的物质的量，可求得AlN的质量分数；

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；如果装置没有橡胶管，随液体流下试管中压强增大，在排液过程中会排出的液体增多，导致测定结果偏高；

③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，可求得Al4C3的质量分数．

【解析】
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↑，

故答案为：AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑；

（3）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，

故答案为：打开K2，通入空气一段时间；

（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×mol×144g/mol=g，Al4C3的质量分数为×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，橡胶管可以平衡压强让液体顺利滴入试管中，还可以起到降低实验误差的作用，如果装置中没有橡胶管，随液体流下试管中压强增大，试管中排出液体增多，测量出的该物质百分含量将会偏大，

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%=×100%，

故答案为：×100%．