Question

工业制得的氮化铝(AlN)产品中常含有少量Al₄C₃、Al₂O₃、C等杂质。某同学设计如下实验分别测定氮化铝(AlN)样品中AlN和Al₄C₃的质量分数。已知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(忽略NH₃在强碱性溶液中的溶解)；③该实验条件下的气体摩尔体积为V_m L/mol，实验装置如下(量气管为碱式滴定管改装)

实验过程：连好装置后，检验装置的气密性；称得装置D的初始质量为ag；称取bg AlN样品置于装置B的锥形瓶中，各装置中加入相应药品，重新连好装置；读取量气管中液面的初始读数为x mL(量气装置左右液面相平)。

(1)①若先测量Al₄C₃质量分数，对K₁、K₂、K₃三个活塞的操作是关闭活塞______，打开活塞______。

②当_____时，说明反应已经结束。读取读数之前，应对量气管进行的操作为____________ ；若量气管中的液面高于右侧球形容器中的液面，所测气体体积______(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。

③记录滴定管的读数为y mL，则Al₄C₃的质量分数为_________(用可能含a、b、x、y、Vm的代数式表示)。

④若无恒压管，对所测Al₄C₃质量分数的影响是______(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。

(2)若先测量AlN质量分数：首先关闭活塞K₁，打开活塞K₃，通过分液漏斗加入过量的某物质，写出AlN与过量的某物质发生反应的离子方程式为__________ ；反应完成后，__________(填该步应进行的操作)，最后称得装置D的质量为cg，进而测量AlN的质量分数。

Answer

K2、K3 K1 量气管中液面不再变化 调整量气管高度，使左右两边液面相平 偏小 偏大 AlN+OH-+H2O=+NH3↑ 打开K2，通入一段时间空气

【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)①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。

②当量气管中液面不再变化时，说明反应已经结束。利用连通器原理，读取读数之前，应对量气管进行的操作为调整量气管高度，使左右两边液面相平；若量气管中的液面高于右侧球形容器中的液面，说明气体的压强大于大气压，所测气体体积偏小。

③甲烷的体积为(x-y)mL，物质的量为，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，Al4C3的质量分数为 = 。

④若无恒压管，最终量气管读数偏大，根据上题公式，对所测Al4C3质量分数的影响是偏大。

(2)若先测量AlN质量分数：首先关闭活塞K1，打开活塞K3，AlN溶于强酸产生铵盐，溶于强碱生成氨气，通过分液漏斗加入氢氧化钠，发生反应的离子方程式为AlN+OH-+H2O=+NH3↑；反应完成后，打开K2，通入一段时间空气，平衡气压，最后称得装置D的质量为cg，进而测量AlN的质量分数。