Question

2．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与过量NaOH溶液反应的化学方程式AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑．
（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．记录滴定管的读数为bmL．
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溶液，与装置B瓶内物质充分反应．
④打开活塞K₂，通入空气一段时间（填入该步应进行的操作）．
⑤称得D装置的质量为zg．
（4）数据分析：
①若Al₄C₃反应后读取滴定管中气体的体积时，液面左高右低，则所测得Al₄C₃的质量分数将偏小（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）．
②AlN的质量分数为$\frac{41（z-y）}{17x}$×100%．

Answer 1

分析 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）AlN溶于强碱溶液时会生成NH₃；
（3）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；
②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．

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↑；
（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：通入空气一段时间；
（4）①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，故答案为：偏小；
 ②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=$\frac{41（z-y）}{17}$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%．

点评 本题考查物质含量的测定，为高考常见题型，题目涉及对实验原理与操作步骤的理解、化学计算、物质组成的测定等，难度较大，是对所需知识的综合运用，需要学生具有扎实的基础知识与分析问题、解决问题的能力，理解实验原理是解答的关键．