Question

【題目】工業(yè)用氧化鋁與焦炭在氮?dú)饬髦屑訌?qiáng)熱制備氮化鋁(AlN),氮化鋁樣品中含少量Al4C3、C、Al2O3雜質(zhì)。某實(shí)驗(yàn)小組擬測(cè)定ag氮化鋁樣品中Al4C3含量并探究甲烷與氧化銅反應(yīng)的氧化產(chǎn)物為CO2。

已知：(Ⅰ)AlN、Al4C3都能與水反應(yīng),分別生成NH3、CH4。

(Ⅱ)CH4還原氧化銅：CH4+4CuO4Cu+CO2+2H2O。

（1）裝置連接順序?yàn)?/span> ________________________(按氣流從左至右)。

（2）寫(xiě)出A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：AlN和稀硫酸反應(yīng)：__________________________；Al4C3與

稀硫酸反應(yīng)：_______________________________________________________________________。

（3）有下列操作步驟：

①緩緩向A中通入一定量的N2。

②稱量B(酒精燈、木塊和鐵架臺(tái)除外)，按順序組裝儀器，檢查裝置的氣密性,將樣品放入燒瓶中；

③點(diǎn)燃B處酒精燈；

④再次稱量B；

⑤從分液漏斗中緩慢滴入稀硫酸,直到不再產(chǎn)生氣體為止；

⑥再次緩慢通入一定量的N2。

正確的操作順序是_________________________；操作①的目的是_______________；若操作③與操作⑤順序顛倒, 將導(dǎo)致測(cè)得的Al4C3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)_________（填“偏大”“偏小”或“不變”)。

（4）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明A中有NH4+生成：__________________________________。

（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,測(cè)得B中固體質(zhì)量減少bg，則樣品中Al4C3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為________×100%。

（6）通過(guò)測(cè)定C中生成BaCO3的質(zhì)量可以確定甲烷與氧化銅反應(yīng)是否有CO生成。實(shí)驗(yàn)完畢后,測(cè)得B

中固體質(zhì)量減少bg；對(duì)C中混合物進(jìn)行過(guò)濾、洗滌、干燥、稱重,當(dāng)m(BaCO3)=________g時(shí)(用含b表達(dá)式表示),表明氧化產(chǎn)物只有CO2。

Answer 1

【答案】 A、D、B、C 2AlN+4H2SO4=Al2(SO4)3+(NH4)2SO4 Al4C3+6H2SO4=2Al2(SO4)3+3CH4↑ 排出裝置內(nèi)的空氣,防止對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾 偏小 ②①③⑤④⑥ 反應(yīng)完畢后,取少量A中溶液于試管,滴加濃NaOH溶液,加熱；用鑷子夾一塊濕潤(rùn)紅色石蕊試紙放在試管口正上方,試紙變藍(lán)色．則說(shuō)明A中有NH4+，否則沒(méi)有NH4+

【解析】（1）A裝置中樣品與稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生NH3和CH4，NH3溶于A中的水溶液中，從A中出來(lái)的氣體有CH4和H2O蒸汽，經(jīng)過(guò)D裝置堿石灰的干燥得到干燥純凈的CH4，通入B裝置中與CuO反應(yīng)生成CO2，再將產(chǎn)生的CO2氣體通入Ba(OH)2溶液，Ba(OH)2溶液變渾濁，故正確的順序?yàn)?/span>A、D、B、C

（2）AlN和稀硫酸反應(yīng)，可以先考慮AlN與水反應(yīng)生成氨氣和氫氧化鋁，然后氨氣和氫氧化鋁再與硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁和硫酸銨，再將兩個(gè)方程式相加可得對(duì)應(yīng)的化學(xué)方程式為：2AIN+4H2SO4=Al2(SO4)3+(NH4)2SO4 ；同樣的道理可得Al4C3與稀硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Al4C3+6H2SO4=2Al2(SO4)3+3CH4↑

（3）先向A中加入樣品，組裝好裝置并檢查氣密性，同時(shí)稱量B的質(zhì)量，然后向A中通入N2，排除裝置中的空氣，防止對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾，然后點(diǎn)燃B處酒精燈，再用分液漏斗放出稀硫酸，產(chǎn)生氣體發(fā)生反應(yīng)，冷卻后再稱量B的質(zhì)量，最后再通入N2氣體，將產(chǎn)生的CO2氣體全部排入Ba(OH)2溶液中，所以正確的實(shí)驗(yàn)步驟順序是：②①③⑤④⑥；操作①的目的是排出裝置內(nèi)的空氣，防止對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾；若操作③與操作⑤順序顛倒，在未加熱下CH4不會(huì)與CuO反應(yīng)，而導(dǎo)致CH4的量損耗，從而引起Al4C3的質(zhì)量偏小，所測(cè)Al4C3質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏小。

（4）NH4+的檢驗(yàn)是常考的知識(shí)點(diǎn)，方法是：反應(yīng)完畢后，取少量A中溶液于試管，滴加濃NaOH溶液加熱，用鑷子夾一塊濕潤(rùn)紅色石蕊試紙放在試管口正上方，試紙變藍(lán)色則說(shuō)明A中有NH4+，否則沒(méi)有NH4+。

（5）B中固體質(zhì)量的減少就是CuO中O元素的質(zhì)量，所以O原子的物質(zhì)的量為(b/16)mol，所以CuO的物質(zhì)的量也為(b/16)mol，根據(jù)CH4+4CuO4Cu+CO2+2H2O可知CH4的物質(zhì)的量為CuO的物質(zhì)的量的1/4，即CH4的物質(zhì)的量為(b/64)mol，所以Al4C3的物質(zhì)的量為1/3×（b/64）mol=(b/192)mol，其質(zhì)量為(b/192)mol×144g/mol=(144b/192)g，Al4C3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(144b/192)g÷ag×100%= × 100%，答案為

（6）當(dāng)CH4的氧化產(chǎn)物只有CO2時(shí)，根據(jù)方程式和第（5）問(wèn)可知CO2的物質(zhì)的量為CuO的物質(zhì)的量的四分之一，所以CO2的物質(zhì)的量為(b/64)mol，則生成的BaCO3沉淀的質(zhì)量為(b/64)mol×197g/mol=，故當(dāng)m(BaCO3)= 時(shí)，CH4的氧化產(chǎn)物全為CO2。