Question

14．氮化铝（AlN）是一种新型无机非金属材料．某AlN样品仅含有Al₂O₃杂质，为测定AlN的含量，设计如下实验方案．
（1）实验原理：AlN溶于浓的强碱生成氨气，请写出AlN与NaOH溶液反应的化学方程式AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑
（2）实验装置：
如图C装置中球形干燥管的作用是防止倒吸．
（3）实验过程：
①连接好实验装置，检验装置的气密性．然后称得C装置的质量为yg．
②秤取xgAlN样品置于A装置中：塞好胶塞，关闭K₁，打开K₂（填“K₁”或“K₂”）；通过分液漏斗加入NaOH浓溶液，至不再产生气体，打开K₁，通入氮气一段时间，称得C装置的质量变为zg．装置B的作用是干燥氨气．
（4）数据分析：AlN的质量分数为$\frac{41（z-y）}{17x}$×100%（相对原子质量Al：27，N：14）
（5）Al（OH）₃可添加到塑料中作阻燃剂的原因（写方程式）是2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O．

Answer 1

分析 从实验装置和实验步骤上看，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来书写方程式；
（2）氨气极易溶于水和浓硫酸发生反应，C装置中球形干燥管可以防止倒吸；
（3）利用装置生成气体，测定气体质量完成含量测定，装置必须密闭不漏气；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，故应关闭活塞K₁，打开活塞K₂；装置中残留部分氨气，打开K₁，通入氮气一段时间，用氮气把装置内生成的氨气全部赶到浓硫酸中被吸收，装置B是吸收氨气中的水蒸气；
（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氢氧化铝分解吸热生成熔点高的氧化铝阻燃．

解答 解：（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↑；
（2）氨气极易溶于水和浓硫酸发生反应，C装置中球形干燥管上部面积较大可以防止倒吸，避免产生危险，导致测定结果不准确，
故答案为：防止倒吸；
（3）利用装置生成气体，测定吸收气体质量来完成含量测定，装置必须密闭不漏气，连接好实验装置，先检验装置的气密性，然后称得C装置的质量为yg为吸收氨气的质量，
②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，故应关闭活塞K₁，打开活塞K₂，使生成的氨气被浓硫酸全部吸收，通过分液漏斗加入NaOH浓溶液，至不再产生气体．打开K₁，通入氮气一段时间，称得C装置的质量变为zg．通入氮气的目的是把装置中残留的氨气全部赶入C装置，使氨气被充分吸收，避免氨气中的水蒸气影响测定结果，通过装置B中的碱石灰吸收水蒸气，对氨气进行干燥，
故答案为：K₁；K₂；干燥氨气；
（4）①氨气的质量为（z-y）g，物质的量为$\frac{z-y}{17}$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$\frac{z-y}{17}$mol×41g/mol=$\frac{41（x-y）}{17}$g，故AlN的质量分数为$\frac{\frac{41（z-y）}{17}}{x}$×100%=$\frac{41（z-y）}{17x}$×100%，
故答案为：$\frac{41（z-y）}{17x}$×100%；
②氢氧化铝分解吸热生成熔点高的氧化铝阻燃，反应的化学方程式为：2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O，
故答案为：2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O．

点评 本题是一道关于物质的组成和含量测定知识的综合考查题，要求学生具有分析和解决问题的能力，题目难度中等．