题目内容

12．氮化铝（AlN）是一种新型无机非金属材料，为了分析某AlN样品（样品中的杂质不与NaOH溶液反应）中AlN的含量，某实验小组设计了如下两种实验方案．已知：AlN+NaOH+H2O═NaAlO2+NH3↑
【方案1】取一定量的样品，用图1装置测定样品中AlN的纯度（夹持装置已略去）．

（1）图1C装置中球形干燥管的作用是防止倒吸．
（2）完成以下实验步骤：组装好实验装置，首先检查装置的气密性，再加入实验药品．接下来的实验操作是关闭K1，打开K2，打开分液漏斗活塞，加入NaOH浓溶液，至不再产生气体．打开K1，通入氮气一段时间，测定C装置反应前后的质量变化．通入氮气的目的是把装置中残留的氨气全部赶入C装置．
（3）由于上述装置还存在缺陷，导致测定结果偏高，请提出改进意见C装置出口处连接一个干燥装置．
【方案2】按图2步骤测定样品中A1N的纯度：
（4）图2步骤②生成沉淀的离子方程式为CO2+AlO2-+2H2O=HCO3-+Al（OH）3↓．
（5）图2步骤③的操作是过滤、洗涤．A1N的纯度是$\frac{41{m}_{2}}{51{m}_{1}}$×100%（用m1、m2表示）．

分析 【方案l】测定原理是通过测定A1N+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑反应生成氨气的质量来计算氮化铝的含量．
（1）分析装置和仪器作用分析，氨气是和浓硫酸能发生反应的气体，易发生倒吸，仪器作用是防止倒吸的作用；
（2）组装好实验装置，依据原理可知气体制备需要先检查装置气密性，加入实验药品．接下来的实验操作是关闭K1，打开K2，反应生成氨气后把装置中的气体全部赶入装置C被浓硫酸吸收，准确测定装置C的增重计算；
（3）若去掉装置B，测定氨气含量会增大，AlN的含量会增大，计算装置存在缺陷是空气中的水蒸气也可以进入装置C，使测定结果偏高，需要连接一个盛碱石灰干燥管；
【方案2】流程分析可知，样品溶解于过量的氢氧化钠溶液中过滤洗涤，得到滤液和洗涤液中通入过量二氧化碳和偏铝酸钠反应生成氢氧化铝沉淀，过滤洗涤得到氢氧化铝固体，煅烧得到氧化铝固体为m2g；
（4）步骤②生成的沉淀是氢氧化铝，是偏铝酸钠溶液中通入过量二氧化碳气体反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠；
（5）上述分析可知步骤③是过滤洗涤得到氢氧化铝沉淀，测定原理是：A1N+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑，偏铝酸钠和二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀：CO2+AlO2-+2H2O=HCO3-+Al（OH）3↓，氢氧化铝灼烧得到氧化铝，通过测定氧化铝得质量来计算氮化铝的质量．

解答 解：【方案1】（1）氨气是与浓硫酸能发生反应的气体，易发生倒吸，图C装置中球形干燥管的作用是防止倒吸的作用，
故答案为：防止倒吸；
（2）组装好实验装置，气体制备需要先检查装置气密性，加入实验药品．接下来的实验操作是关闭K1，打开K2，打开分液漏斗活塞，加入NaOH浓溶液，至不再产生气体．打开K1，通入氮气一段时间，测定C装置反应前后的质量变化．通入氮气的目的是，反应生成氨气后把装置中的气体全部赶入装置C被浓硫酸吸收，准确测定装置C的增重计算，
故答案为：关闭K1，打开K2；把装置中残留的氨气全部赶入C装置；
（3）若去掉装置B，测定氨气含量会增大，导致AlN的含量测定结果偏高，装置存在缺陷是空气中的水蒸气也可以进入装置C，使测定结果偏高，需要连接一个盛碱石灰干燥管；
故答案为：C装置出口处连接一个干燥装置；
【方案2】流程分析可知，样品溶解于过量的氢氧化钠溶液中过滤洗涤，得到滤液和洗涤液中通入过量二氧化碳和偏铝酸钠反应生成氢氧化铝沉淀，过滤洗涤得到氢氧化铝固体，煅烧得到氧化铝固体为m2g；
（4）步骤②生成的沉淀是氢氧化铝，是偏铝酸钠溶液中通入过量二氧化碳气体反应生成，反应的离子方程式为：CO2+AlO2-+2H2O=HCO3-+Al（OH）3↓，
故答案为：CO2+AlO2-+2H2O=HCO3-+Al（OH）3↓；
（5）上述分析可知步骤③是过滤洗涤得到氢氧化铝沉淀，测定原理是：A1N+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑，偏铝酸钠和二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀：CO2+AlO2-+2H2O=HCO3-+Al（OH）3↓，氢氧化铝灼烧得到氧化铝，通过测定氧化铝得质量来计算氮化铝的质量，Al2O3物质的量=$\frac{{m}_{2}g}{102g/mol}$=$\frac{{m}_{2}}{102}$mol，依据氮元素守恒得到样品中氮元素物质的量=n（AlN）=$\frac{{m}_{2}}{102}$mol×2=$\frac{{m}_{2}}{51}$mol，A1N的纯度=$\frac{\frac{{m}_{2}}{51}mol×41g/mol}{{m}_{1}g}$×100%=$\frac{41{m}_{2}}{51{m}_{1}}$×100%，
故答案为：过滤、洗涤；$\frac{41{m}_{2}}{51{m}_{1}}$×100%．

点评 本题考查了物质性质的探究实验设计和氮化铝含量的测定，实验基本操作和物质性质的掌握是关键，题目难度中等．

练习册系列答案
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17．一定条件下，在体积为10L的密闭容器中，1mol X和1mol Y进行反应：2X（g）+Y（g）?Z（g），经60s达到平衡，生成0.3mol Z，下列说法正确的是（　　）
A．若增大压强，则物质Y的转化率减小
B．将容器体积变为5 L，Z的平衡浓度变为原来的2倍
C．Y浓度变化表示的反应速率为0.0005 mol/（L•s ）
D．若升高温度，X的体积分数增大，则该反应的△H＞0
3．硫化钠（Na2S）在工业上用途广泛．某课题组用无水Na2SO4制备硫化钠的流程如下：
①取一定量的无水Na2SO4和碳粉进行隔绝空气高温灼烧；
②将灼烧产物冷却后，加入NaOH溶液进行碱浸
③过滤，滤液经过一系列的操作步骤后得到硫化钠晶体．
（1）过滤需要用到的主要玻璃仪器是漏斗、烧杯、玻璃棒．
（2）若灼烧所得气体为等物质的量的CO和CO2，写出灼烧时发生的化学反应方程为3Na2SO4+8C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Na2S+4CO2↑+4CO↑．
（3）上述流程中采用a浸洗更好．
a．稀NaOH溶液b．热水c．氨水d．乙醇
（4）固体产物Na2S晶体中可能含有杂质，该课题组对固体产物的杂质成分提出以下假设：
假设一：杂质成分为NaOH；
假设二：杂质成分为Na2SO4；
假设三：杂质成分为NaOH和Na2SO4．

为验证假设三成立，课题组进行如下研究，请你完成下表中的内容：
 实验步骤 预期的实验现象和结论
 步骤：取一定量的固体产物于试管中，加入适量蒸馏水进行溶解，然后往试管中加入适量的
CuCl2溶液并过滤．		\
 步骤2：
取1的滤液加入酚酞试液，若溶液变红，		 
说明有NaOH
 步骤3：
取1的滤液加入BaCl2溶液，若产生白色沉淀，		 
说明有Na2SO4
：
20．某工业废水中仅含表离子中的5种（不考虑水的电离及离子的水解），且各种离子的物质的量浓度相等，均为0.1mol/L．
　阳离子　K+　 Cu2+　 Fe3+　 Al3+　 Fe2+
　阴离子　　 Cl-　 CO32-　NO3-  SO42-　 SiO32-
甲同学欲探究废水的组成，进行了如下实验：
I．用铂丝蘸取少量溶液，在火焰上灼烧，无紫色火焰（透过蓝色钴玻璃观察）．
Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液无明显变化．
Ⅲ．另取溶液加入少量盐酸，有无色气体生成，该无色气体遇空气变成红棕色，此时溶液依然澄清，且溶液中阴离子种类不变．
Ⅳ．向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成．
请推断：
（1）由I、Ⅱ判断，溶液中一定不含有的阳离子是K+、Fe3+（写离子符号）．
（2）Ⅲ中加入少量盐酸生成无色气体的离子方程式是3Fe2++NO3-+4H+=3Fe3++NO↑+2H2O．
（3）将Ⅲ中红棕色气体（标况下）收集一满试管然后倒扣入水中（假设溶质不扩散），所得溶液的物质的量浓度为0.045mol/L（精确到千分位）．
（4）甲同学最终确定原溶液中所含阳离子是Fe2+、Cu2+，阴离子是Cl-、NO3-、SO42-．（写离子符号）
（5）另取100mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，充分反应后过滤，洗涤，灼烧至恒重，得到的固体为CuO和Fe2O3质量为1.6g．
7．磷石膏是湿法生产磷酸排出的工业废渣，主要成分是CaSO4•2H2O．
（1）CaSO4•2H2O脱水反应相关的热化学方程式为：
CaSO4•2H2O（s）═CaSO4•$\frac{1}{2}$H2O（s）+$\frac{3}{2}$H2O（g）△H1=83.2kJ•mol-1
CaSO4•2H2O（s）═CaSO4（s）+2H2O（l）△H2=26kJ•mol-1
H2O（g）=H2O（l）△H3=-44kJ•mol-1
则反应CaSO4•$\frac{1}{2}$H2O（s）═CaSO4（s）+$\frac{1}{2}$H2O（g）的△H4=30.8kJ•mol-1．
（2）用合适的还原剂可以将CaSO4还原，所得SO2可用于工业生产硫酸．

①以CO作还原剂，改变反应温度可得到不同的产物．不同温度下反应后所得固体成分的物质的量如图1所示．在低于800℃时主要还原产物为CaS；高于800℃时主要发生的反应的化学方程式为CaS+3CaSO4$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4CaO+4SO2↑．
②以高硫煤为还原剂焙烧2.5 小时，不同条件对硫酸钙转化率的影响如图2所示．CaCl2的作用是作催化剂；当温度高于1200℃时，无论有无CaCl2，CaSO4的转化率趋于相同，其原因是两种情况下反应均达到平衡，催化剂CaCl2不改变平衡的移动．
③以C作还原剂，向密闭容器中加入相同质量的几组不同$\frac{C}{S}$值（炭粉与CaSO4的物质的量之比）的混合物在1100℃加热，结果如图3所示．当$\frac{C}{S}$值为0.5时，反应产物为CaO、SO2和CO2；当$\frac{C}{S}$值大于0.7时，反应所得气体中SO2的体积分数不升反降，其主要原因可能是高温下，过量的C与CO2反应生成CO，使气体总体积增大（或部分转化为其他含硫物质）．
（3）已知Ksp（CaSO4）=7.10×10-5，Ksp（CaCO3）=6.2125×10-7，利用反应CaSO4（s）+（NH4）2CO3（aq）?CaCO3（s）+（NH4）2SO4（aq）可以将磷石膏转化为硫酸铵．若反应达到平衡后溶液中c（SO42-）=2.0mol•L-1，此时溶液中c（CO32-）=1.75×10-2 mol•L-1．
17．某红色固体粉末样品可能含有Fe2O3和Cu2O中的一种或两种，某化学兴趣小组对其组成进行探究．完成下列空格．
①提出假设：
假设1：只存在Fe2O3；假设2：只存在Cu2O；假设3：既存在Fe2O3也存在Cu2O．
②查找资料：Cu2O在酸性溶液中会发生反应：Cu2O+2H+═Cu+Cu2++H2O．
③实验方案设计与分析：
方案一：步骤一：取少量样品于烧杯中，加入过量浓硝酸，产生一种红棕色的气体．由此可得出假设Cu2O不成立，写出产生上述气体的化学方程式Cu2O+6HNO3（浓）═2Cu（NO3）2+2NO2↑+3H2O．
步骤二：取少量步骤一溶液置于试管中滴加KSCN溶液，振荡，若溶液显红色，则说明假设3成立．
方案二：
取少量样品于烧杯中，加入过量稀硫酸，若固体全部溶解，说明假设_不成立．
方案三：（如图）
同学们设计了如下实验方案测定该样品中Fe2O3的质量分数（装置气密性良好，假设样品完全反应）：
步骤一：取样品并称量该样品的质量为m1；
步骤二：测出反应前广口瓶和瓶内物质总质量m2；
步骤三：测出反应后广口瓶和瓶内物质总质量m3；
步骤四：计算得出矿物样品中Fe2O3的质量分数．
讨论分析：该实验方案能（填“能”或“不能”）测出矿物中Fe2O3的质量分数．不改变装置和药品，通过计算得出矿物中Fe2O3的质量分数，你还可以通过测定测量反应后固体的质量或广口瓶中沉淀的质量．若测得m1为3.04g，m3=m2+1.76g，则原样品中Fe2O3的质量分数为70.18%（结果保留四位有效数字）．
4．用镍黑合金提取高纯氢的方法属于（　　）
A．重结晶纯化法B．萃取纯化法C．吸附纯化法D．蒸馏纯化法
1．研究发现钼酸钠可减缓金属的腐蚀速率．工业上利用钼精矿（主要成分是不溶于水的MoS2，含少量重金属化合物）制备钼酸钠晶体（ Na2MoO4•2H2O）的途径如图1所示：

回答下列问题：
Ⅰ．（1）图下列标志中，应贴在保存NaClO容器上的是B．

（2）为了提高焙烧效率，除增大空气量外还可以采用的措施有充分粉碎矿石或逆流焙烧．
（3）途径①制备钼酸钠溶液，同时有SO42-生成，该反应的离子方程式为MoS2+9ClO-+6OH-=MoO42-+9Cl-+2SO42-+3H2O．
（4）重结晶得到的母液可以在下次重结晶时重复使用，但达到一定次数后必须净化处理，原因是母液中杂质的浓度增大，重结晶时会析出杂质，影响产品纯度 ．
（5）“结晶”前测得部分离子浓度c（MoO42-）=0.40mol/L，c（SO42-）=0.04mol/L，需加入Ba（OH）2固体除去SO42-．当BaMoO4开始沉淀时，SO42-的去除率为97.3%．（保留三位有效数字）．
Ⅱ．（1）如图2，碳钢在盐酸和硫酸中腐蚀速率随酸的浓度变化有明显差异，其原因可能是Cl-有利于碳钢的腐蚀，SO42-不利于碳钢的腐蚀，使得钢铁在盐酸中的腐蚀速率明显快于硫酸；硫酸溶液随着浓度的增大，氧比性增强，会使钢铁钝化，腐蚀速率减慢．
（2）若缓释剂钼酸钠-月桂酰肌氨酸总浓度为300mg•L-1，则缓蚀效果最好时钼酸钠的物质的量浓度为7.28×l0-4mol•L-1（保留三位有效数字）．
2．用NA表示阿伏加德罗常数，下列说法正确的是（　　）
A．标准状况下，4.48 L重水（D2O）中含有的中子数为2NA
B．0.1mol乙烯和乙醇（C2H5OH，蒸汽）混合物完全燃烧所消耗的氧分子数一定为0.3NA
C．常温常压下，15g乙烷分子中含有的共价键数目为3NA
D．273K，101kPa下，14g乙烯与丙烯混合物中含有碳原子数目为3NA

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