Question

20．氮化鋁（AlN）是一種新型無機非金屬材料．某AlN 樣品僅含有Al₂O₃ 雜質，為測定AlN 的含量，設計如下三種實驗方案．（已知：AlN+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）圖1 中球形干燥管的作用是防止倒吸．
（2）完成以下實驗步驟：組裝好實驗裝置，檢查裝置氣密性，再加入實驗藥品．接下來的實驗操作是：關閉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．然后打開K1，通入氮氣一段時間，測定C 裝置反應前后的質量變化．通入氮氣的目的是把裝置中殘留的氨氣全部趕入C裝置．
（3）假設其他操作均正確，按照圖1 裝置將導致測定結果偏高（填“偏高”、“偏低”或“無影響”）．
方案2：用圖2 裝置測定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 液體最好選擇a．
a．CCl₄ b．H₂O c．飽和NH₄Cl 溶液d．濃硫酸
（5）若m g 樣品完全反應，測得生成氣體的體積為VmL（已轉換為標準狀況）．則AlN的質量分數(shù)是$\frac{41V}{22400m}$×100%（需化簡）．
方案3：按圖3路徑測定樣品中AlN 的純度：
（6）寫出步驟①反應的離子方程式AlN+OH^-+H₂O=AlO₂^-+NH₃↑、Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O．
（7）該方案能否測出AlN 的純度？（若能請用m₁，m₂列出計算純度的表達式）$\frac{4.1{m}_{2}-4.1{m}_{1}}{{m}_{1}}$×100%．

Answer 1

分析 （1）氨氣是和濃硫酸能發(fā)生反應的氣體，易發(fā)生倒吸，C裝置中球形干燥管可以防止倒吸；
（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閉K₁，打開K₂，反應生成氨氣后衛(wèi)把裝置中的氣體全部趕入裝置C被濃硫酸吸收，準確測定裝置C的增重計算；
（3）圖1 裝置中空氣中的水蒸氣和二氧化碳也可以進入裝置C，據(jù)此分析；
（4）氨氣極易溶于水，量氣裝置中的X液體不能與氨氣反應，不能使氨氣溶解；
（5）依據(jù)AlN+NaOH+H₂O═NaAlO₂+NH₃↑中的定量關系計算出樣品中純氮化鋁的質量，再計算出氮化鋁的質量分數(shù)；
（6）步驟①反應為AlN、Al₂O₃分別與氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉，氨氣和水，根據(jù)電荷守恒書寫離子方程式；
（7）依據(jù)雜質氧化鋁在反應前后質量不變，而根據(jù)流程中鋁的轉化關系可得關系式2A1N～～A1₂O₃，根據(jù)關系式進行列比例式，可計算出樣品中氮化鋁的純度．

解答 解：（1）氨氣是與濃硫酸能發(fā)生反應的氣體，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，先檢查裝置氣密性，加入實驗藥品，接下來的實驗操作是關閉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裝置反應前后的質量變化，通入氮氣的目的是，反應生成氨氣后衛(wèi)把裝置中的氣體全部趕入裝置C被濃硫酸吸收，準確測定裝置C的增重計算，
故答案為：把裝置中殘留的氨氣全部趕入C裝置；
（3）圖1 裝置中空氣中的水蒸氣和二氧化碳也可以進入裝置C，使測定結果偏高，故答案為：偏高；
（4）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．氨氣與濃硫酸反應，故d錯誤；
故選a；
（5）若m g樣品完全反應，測得生成氣體的體積為V mL（已轉換為標準狀況），
AlN+NaOH+H₂O═NaAIO₂+NH₃↑
41                  22.4L
m                   V×10^-3L
m=$\frac{41V×10{\;}^{-3}}{22.4}$g，則AlN的質量分數(shù)=$\frac{41V×10{\;}^{-3}}{22.4m}$×100%=$\frac{41V}{22400m}$×100%，
故答案為：$\frac{41V}{22400m}$×100%；
（6）步驟①反應為AlN、Al₂O₃分別與氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉、氨氣和水，反應的離子方程式為AlN+OH^-+H₂O=AlO₂^-+NH₃↑、Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，
故答案為：AlN+OH^-+H₂O=AlO₂^-+NH₃↑、Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；
（7）設樣品中含有氧化鋁雜質為x，依據(jù)鋁守恒，得2A1N～～A1₂O₃
                                           82      102
                                           m₁-x    m₂-x
所以$\frac{82}{m{\;}_{1}-x}$=$\frac{102}{m{\;}_{2}-x}$，解之得：x=5.1m₁-4.1m₂，則質量分數(shù)為：$\frac{m{\;}_{1}-（5.1m{\;}_{1}-4.1m{\;}_{2}）}{m{\;}_{1}}$×100%=$\frac{4.1{m}_{2}-4.1{m}_{1}}{{m}_{1}}$×100%，
故答案為：$\frac{4.1{m}_{2}-4.1{m}_{1}}{{m}_{1}}$×100%．

點評 本題考查了物質性質的探究實驗設計和實驗分析判斷，實驗基本操作和物質性質的掌握是關鍵，題目難度中等．