Question

氮化鋁（AlN）是一種新型無機非金屬材料．某AlN樣品僅含有A1₂O₃雜質(zhì)，為測定AlN的含量，設(shè)計如下三種實驗方案．（已知：A1N+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑）
【方案l】取一定量的樣品，用以下裝置測定樣品中AlN的純度（夾持裝置已略去）．

（1）裝置圖1中球形干燥管的作用是

 

．
（2）完成以下實驗步驟：組裝好實驗裝置，首先

 

，再加入實驗藥品．接下來的實驗操作是

 

，打開分液漏斗活塞，加入NaOH濃溶液，至不再產(chǎn)生氣體．打開K₁，通入氮氣一段時間，測定C裝置反應(yīng)前后的質(zhì)量變化．通入氮氣的目的是

 

．
（3）由于裝置存在缺陷，導(dǎo)致測定結(jié)果偏高．請?zhí)岢龈倪M意見

 

．
【方案2】用裝置圖2測定mg樣品中AlN的純度（部分夾持裝置已略去）．
（4）為測定生成氣體的體積，量氣裝置中的X液體可以是

 

．
a．CCl₄    b．H₂O    c．NH₄Cl溶液    d．
（5）若m g樣品完全反應(yīng)，測得生成氣體的體積為VmL（已轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀況）．則AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是

 

．
【方案3】按如圖3步驟測定樣品中A1N的純度：
（6）步驟②生成沉淀的離子方程式為

 

．
（7）若在步驟③中未洗滌，測定結(jié)果將

 

（填“偏高”、“偏低”或“無影響”）．

Answer 1

考點：探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量

專題：實驗探究和數(shù)據(jù)處理題

分析：【方案l】測定原理是通過測定A1N+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑反應(yīng)生成氨氣的質(zhì)量來計算氮化鋁的含量．
（1）分析裝置和儀器作用分析，氨氣是和濃硫酸能發(fā)生反應(yīng)的氣體，易發(fā)生倒吸，儀器作用是防止倒吸的作用；
（2）組裝好實驗裝置，依據(jù)原理可知氣體制備需要先檢查裝置氣密性，加入實驗藥品．接下來的實驗操作是關(guān)閉K₁，打開K₂，反應(yīng)生成氨氣后把裝置中的氣體全部趕入裝置C被濃硫酸吸收，準(zhǔn)確測定裝置C的增重計算；
（3）裝置存在缺陷是空氣中的水蒸氣也可以進入裝置C，使測定結(jié)果偏高，需要連接一個盛堿石灰干燥管；
【方案2】測定原理是通過測定A1N+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑反應(yīng)生成氨氣的體積來計算氮化鋁的含量．
（4）依據(jù)氨氣極易溶于水的性質(zhì)分析判斷；
（5）依據(jù)化學(xué)方程式定量關(guān)系計算得到；
【方案3】測定原理是：A1N+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓，氫氧化鋁灼燒得到氧化鋁，通過測定氧化鋁得質(zhì)量來計算氮化鋁的質(zhì)量．
（6）步驟②生成的沉淀是氫氧化鋁，是偏鋁酸鈉溶液中通入過量二氧化碳氣體反應(yīng)生成；
（7）沉淀不洗滌得到濾渣質(zhì)量會增大，測定結(jié)果會偏高．

解答： 解：（1）氨氣是與濃硫酸能發(fā)生反應(yīng)的氣體，易發(fā)生倒吸，圖C裝置中球形干燥管的作用是防止倒吸的作用，
故答案為：防止倒吸；
（2）組裝好實驗裝置，氣體制備需要先檢查裝置氣密性，加入實驗藥品．接下來的實驗操作是關(guān)閉K₁，打開K₂，打開分液漏斗活塞，加入NaOH濃溶液，至不再產(chǎn)生氣體．打開K₁，通入氮氣一段時間，測定C裝置反應(yīng)前后的質(zhì)量變化．通入氮氣的目的是，反應(yīng)生成氨氣后把裝置中的氣體全部趕入裝置C被濃硫酸吸收，準(zhǔn)確測定裝置C的增重計算，
故答案為：檢查裝置氣密性，關(guān)閉K₁，打開K₂，把裝置中殘留的氨氣全部趕入C裝置；
（3）裝置存在缺陷是空氣中的水蒸氣也可以進入裝置C，使測定結(jié)果偏高，需要連接一個盛堿石灰干燥管，故答案為：C裝置出口處連接一個干燥裝置；
（4）依據(jù)氨氣極易溶于水的性質(zhì)分析，為測定生成氣體的體積，量氣裝置中的X液體可以是；
a．CCl₄不能溶解氨氣，可以用排四氯化碳溶液的方法測定氨氣體積，故a正確；      
b．氨氣極易溶于水，不能排水法測定，故b錯誤；    
c．氨氣極易溶于水，不能用排NH₄Cl溶液的方法測定氣體體積，故c錯誤；     
d．氨氣不溶于苯，可以利用排苯溶液，測定氨氣的體積，故d正確；
故答案為：ad．
（5）若m g樣品完全反應(yīng)，測得生成氣體的體積為V mL（已轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀況），
    AIN+NaOH+H₂O═NaAIO₂+NH₃↑
    41g                    22.4L
    m                      V×10^-3L
m=

41g×V×10-3L

22.4L

則AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

41V×10-3 22.4

m

×100%=

41V

22400m

×100%，
故答案為：

41V

22400m

×100%；
（6）步驟②生成的沉淀是氫氧化鋁，是偏鋁酸鈉溶液中通入過量二氧化碳氣體反應(yīng)生成，反應(yīng)的離子方程式為：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓，
故答案為：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓；
（7）若在步驟③中未洗滌，沉淀不洗滌得到濾渣質(zhì)量會增大，測定結(jié)果會偏高，故答案為：偏高．

點評：本題考查了物質(zhì)性質(zhì)的探究實驗設(shè)計和氮化鋁含量的測定，實驗基本操作和物質(zhì)性質(zhì)的掌握是關(guān)鍵，題目難度中等．