Question

【題目】工業制得的氮化鋁(AlN)產品中常含有少量Al4C3、Al2O3、C等雜質。某同學設計如下實驗分別測定氮化鋁(AlN)樣品中AlN和Al4C3的質量分數。已知①Al4C3與硫酸反應可生成CH4；②AlN溶于強酸產生銨鹽，溶于強堿生成氨氣(忽略NH3在強堿性溶液中的溶解)；③該實驗條件下的氣體摩爾體積為Vm L/mol，實驗裝置如下(量氣管為堿式滴定管改裝)

實驗過程：連好裝置后，檢驗裝置的氣密性；稱得裝置D的初始質量為ag；稱取bg AlN樣品置于裝置B的錐形瓶中，各裝置中加入相應藥品，重新連好裝置；讀取量氣管中液面的初始讀數為x mL(量氣裝置左右液面相平)。

(1)①若先測量Al4C3質量分數，對K1、K2、K3三個活塞的操作是關閉活塞______，打開活塞______。

②當_____時，說明反應已經結束。讀取讀數之前，應對量氣管進行的操作為____________；若量氣管中的液面高于右側球形容器中的液面，所測氣體體積______(填“偏大”、“偏小”或“無影響”)。

③記錄滴定管的讀數為y mL，則Al4C3的質量分數為_________(用可能含a、b、x、y、Vm的代數式表示)。

④若無恒壓管，對所測Al4C3質量分數的影響是______(填“偏大”、“偏小”或“無影響”)。

(2)若先測量AlN質量分數：首先關閉活塞K1，打開活塞K3，通過分液漏斗加入過量的某物質，寫出AlN與過量的某物質發生反應的離子方程式為__________；反應完成后，__________(填該步應進行的操作)，最后稱得裝置D的質量為cg，進而測量AlN的質量分數。

Answer 1

【答案】K2、K3 K1 量氣管中液面不再變化 調整量氣管高度，使左右兩邊液面相平 偏小 偏大 AlN+OH-+H2O=+NH3↑ 打開K2，通入一段時間空氣

【解析】

從實驗裝置和實驗步驟上看，本實驗的原理是用足量硫酸與樣品中Al4C3完全反應，量取生成的甲烷氣體，從而可測得Al4C3的百分含量；用足量NaOH溶液與樣品中AlN完全反應，充分吸收生成的氨氣，并稱量其質量，從而求得AlN的質量分數。

(1)①通過分液漏斗加入稀硫酸，硫酸與樣品中Al4C3完全反應，量取生成的甲烷氣體，從而測得Al4C3的百分含量，故應關閉活塞K2、K3，打開活塞K1。

②當量氣管中液面不再變化時，說明反應已經結束。利用連通器原理，讀取讀數之前，應對量氣管進行的操作為調整量氣管高度，使左右兩邊液面相平；若量氣管中的液面高于右側球形容器中的液面，說明氣體的壓強大于大氣壓，所測氣體體積偏小。

③甲烷的體積為(x-y)mL，物質的量為，根據碳原子的守恒，Al4C3的物質的量等于甲烷的物質的量的三分之一，所以Al4C3的質量為，Al4C3的質量分數為 = 。

④若無恒壓管，最終量氣管讀數偏大，根據上題公式，對所測Al4C3質量分數的影響是偏大。

(2)若先測量AlN質量分數：首先關閉活塞K1，打開活塞K3，AlN溶于強酸產生銨鹽，溶于強堿生成氨氣，通過分液漏斗加入氫氧化鈉，發生反應的離子方程式為AlN+OH-+H2O=+NH3↑；反應完成后，打開K2，通入一段時間空氣，平衡氣壓，最后稱得裝置D的質量為cg，進而測量AlN的質量分數。