Question

氮化鋁（AlN）是一種新型無機材料，廣泛應用與集成電路生產領域．某氮化鋁中含有碳或氧化鋁雜質，現用圖Ⅰ中的一些裝置來進行檢驗，使氮化鋁樣品和NaOH溶液反應AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，根據反應中所生成氨氣的體積來測定樣品中的氮化鋁的質量分數，并根據實驗現象來確定雜質的成分（實驗中導管體積忽略不計）

（1）實驗有關操作為：a、往錐形瓶中放入適量的AlN樣品：b、從分液漏斗往錐形瓶中加入過量的濃NaOH；c、檢驗裝置的氣密性；d、測定收集到水的體積．正確的操作順序為______．
（2）本試驗中檢查裝置氣密性的方法是______．
（3）廣口瓶中的試劑X可選用______（填選項的標號）．A  汽油    B  酒精    C  植物油    D  CCl₄
（4）廣口瓶的液體沒有裝滿（上方留有少量空間），實驗測得NH₃的體積將______（填偏大、偏小或不變）．
（5）實驗結束后，若觀察到錐形瓶中還有固體，則樣品中含有的雜質是______．
（6）若實驗中測得樣品的質量為wg，氨氣的體積為aL（標況下），則樣品中AlN的質量分數為______（AlN的相對分子質量為41，每22.4L氨氣質量為17g）．
（7）有人改用圖Ⅱ裝置進行同樣實驗，通過測定燒杯中硫酸的增重來確定樣品中AlN的質量分數．你認為是否可行？______（填入“可行”、“不可行”）．原因是______，改進的方法為______．
（8）在mg 20%的氫氧化鈉溶液中滴加2～3滴酚酞試液，然后邊攪拌邊逐滴向其中加入硫酸鎂溶液，至溶液的紅色完全褪去時，濾去沉淀，稱得剩余溶液總質量為3mg．
①計算所加硫酸鎂溶液的質量分數；
②用N表示溶液中離子的數目，不同種離子用離子符號注明[如N （Na'）表示鈉離子的數目]，請建立坐標系，繪制上述滴加過程中各種離子的數目隨溶液的不斷加入而變化的關系圖．

Answer 1

【答案】分析：（1）制取氣體時，為防止裝置漏氣應在連接裝置后立即進行裝置氣密性檢查，確定裝置不漏氣后，本著先加固體后加液體的原則加入藥品；最后進行氣體的收集與測量；
（2）關閉分液漏斗的活塞，裝置內形成封閉環境，如果對裝置進行加熱，裝置內氣體受熱體積變大，若氣密性良好，就會觀察到廣口瓶中右側導管水柱上升，恒溫時水柱并不回落；
（3）產生的氨氣極易溶于水，為防止氨氣溶于水需要把氣體與水隔離，因此應選擇不能與氨氣產生作用的液體作為隔離液；
（4）本次實驗的目的在于測定產生氣體的體積而不是收集純凈的氣體，因此，廣口瓶內的原有氣體不在測量范圍內；
（5）氮化鋁、氧化鋁都可與氫氧化鈉溶液反應，形成偏鋁酸鈉溶液、水和氨氣，充分反應后不會有固體物質的殘留；而碳不能與氫氧化鈉溶液反應；
（6）樣品中AlN的質量分數=×100%，因此，需要根據反應的化學方程式，由產生氨氣的質量計算參加反應氮化鋁的質量；
（7）氨氣能與硫酸反應生成硫酸銨而使稀硫酸溶液質量增加，但由于反應較為劇烈而會使稀硫酸倒吸，而造成燒杯內質量不準確；為避免該現象出現，可在導管末端安裝漏斗防止倒吸；
（8）①氫氧化鈉溶液呈堿性，可使無色酚酞變紅；氫氧化鈉與硫酸鎂溶液反應，生成氫氧化鎂沉淀和硫酸鈉溶液，硫酸鈉溶液呈中性，當恰好完全反應時所得溶液不能使酚酞變紅而呈無色；根據反應的化學方程式，由氫氧化鈉的質量可計算恰好完全反應時所加硫酸鎂的質量；根據質量守恒定律，所加硫酸鎂溶液的質量=反應后溶液質量+氫氧化鎂沉淀質量-氫氧化鈉溶液質量；
②氫氧化鈉與硫酸鎂反應生成氫氧化鎂沉淀和硫酸鈉，溶液中鈉離子數目不變，而隨硫酸鎂的滴加硫酸根離子不斷增多、氫氧根離子不斷減少，原溶液不含鎂離子且滴入硫酸鎂后馬上生成氫氧化鎂沉淀，所以滴加前后溶液中始終不含鎂離子．
解答：解：（1）應先進行裝置氣密性檢驗，然后依次加入固體藥品、液體藥品，最后進行氣體排出水的測量，確定產生氣體體積；
故答案為：cabd；
（2）通過加熱裝置內氣體使氣體體積變大，如果裝置漏氣則不會觀察到裝置內有明顯變化；如果氣密性良好，廣口瓶中右側導管水柱上升，恒溫時水柱并不回；
故答案為：關閉分液漏斗活塞，微熱錐形瓶，廣口瓶中右側導管水柱上升，恒溫時水柱并不回落；
（3）酒精、汽油和四氯化碳雖然都不能與氨氣發生反應，但它們卻都極易揮發，揮發出來的氣體對實驗有影響而且揮發完后不能再起到隔離氨氣與水接觸的作用；再加之酒精易溶于水四氯化碳密度比水大，都不能達到隔離的目的；而植物油既不溶于水也不揮發，可以把氨氣與水進行隔離；
故答案為：C；
（4）本次實驗的目的在于測定產生氣體的體積而不是收集純凈的氣體，因此，廣口瓶內的原有氣體不在測量內，不會對測量結果產生影響；
故答案為：不變；
（5）由于碳不能與氫氧化鈉溶液發生反應，而氮化鋁、氧化鋁等遇氫氧化鈉溶液都能溶解而消失，因此，看到有固體殘留時，說明原固體中含有碳；
故答案為：碳；
（6）設氮化鋁的質量為x
AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑
41                  17
 y                 ×17g

y=g
樣品中AlN的質量分數=×100%=%
故答案為：%；
（7）氨氣極易溶于稀硫酸而出現倒吸，因此，該裝置不能準確測量產生氨氣的量；可在導管末端連接漏斗倒扣在液面上，剛氨氣大量吸收時，燒杯內液面下降而脫離接觸，可以防止稀硫酸的倒吸；
故答案為：不可行；氨氣極易被吸收，發生倒吸現象；燒杯導管的末端接一倒扣的漏斗來吸收氨氣（或其它合理答案）；
（8）①設：硫酸鎂的質量為x，生成沉淀質量為y．
2NaOH+MgSO₄═Na₂SO₄+Mg（OH）₂↓
80    120    142     58
0.2m   x             y
 
解得：x=0.3m y=0.145m
所加硫酸鎂溶液的質量分數=×100%=14.0%
答：所加硫酸鎂溶液的質量分數為14.0%；
②反應前后溶液中鈉離子數目不變，而氫氧根離子隨硫酸鎂的滴加不斷生成氫氧化鎂沉淀而減少；隨著硫酸鎂的滴加，溶液中的硫酸根離子不斷增加；溶液中始終不含鎂離子；
故答案為：如圖所示

點評：利用化學變化前后元素種類和質量不變，可利用氨氣中N元素的質量計算樣品中氮化鋁的質量．