Question

20．氮化铝（AlN）是一种新型无机非金属材料．某AlN 样品仅含有Al₂O₃ 杂质，为测定AlN 的含量，设计如下三种实验方案．（已知：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑） 
方案l：取一定量的样品，用以下装置测定样品中AlN 的纯度（夹持装置已略去）．
（1）图1 中球形干燥管的作用是防止倒吸．
（2）完成以下实验步骤：组装好实验装置，检查装置气密性，再加入实验药品．接下来的实验操作是：关闭K₁，打开K₂，打开分液漏斗活塞，加入NaOH 浓溶液，至不再产生气体．然后打开K1，通入氮气一段时间，测定C 装置反应前后的质量变化．通入氮气的目的是把装置中残留的氨气全部赶入C装置．
（3）假设其他操作均正确，按照图1 装置将导致测定结果偏高（填“偏高”、“偏低”或“无影响”）．
方案2：用图2 装置测定mg 样品中AlN 的纯度（部分夹持装置已略去）．
（4）为测定生成气体的体积，量气装置中的X 液体最好选择a．
a．CCl₄ b．H₂O c．饱和NH₄Cl 溶液d．浓硫酸
（5）若m g 样品完全反应，测得生成气体的体积为VmL（已转换为标准状况）．则AlN的质量分数是$\frac{41V}{22400m}$×100%（需化简）．
方案3：按图3路径测定样品中AlN 的纯度：
（6）写出步骤①反应的离子方程式AlN+OH^-+H₂O=AlO₂^-+NH₃↑、Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O．
（7）该方案能否测出AlN 的纯度？（若能请用m₁，m₂列出计算纯度的表达式）$\frac{4.1{m}_{2}-4.1{m}_{1}}{{m}_{1}}$×100%．

Answer 1

分析 （1）氨气是和浓硫酸能发生反应的气体，易发生倒吸，C装置中球形干燥管可以防止倒吸；
（2）组装好实验装置，依据原理可知气体制备需要先检查装置气密性，加入实验药品．接下来的实验操作是关闭K₁，打开K₂，反应生成氨气后卫把装置中的气体全部赶入装置C被浓硫酸吸收，准确测定装置C的增重计算；
（3）图1 装置中空气中的水蒸气和二氧化碳也可以进入装置C，据此分析；
（4）氨气极易溶于水，量气装置中的X液体不能与氨气反应，不能使氨气溶解；
（5）依据AlN+NaOH+H₂O═NaAlO₂+NH₃↑中的定量关系计算出样品中纯氮化铝的质量，再计算出氮化铝的质量分数；
（6）步骤①反应为AlN、Al₂O₃分别与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠，氨气和水，根据电荷守恒书写离子方程式；
（7）依据杂质氧化铝在反应前后质量不变，而根据流程中铝的转化关系可得关系式2A1N～～A1₂O₃，根据关系式进行列比例式，可计算出样品中氮化铝的纯度．

解答 解：（1）氨气是与浓硫酸能发生反应的气体，易发生倒吸，图C装置中球形干燥管的作用是防止倒吸的作用，故答案为：防止倒吸；
（2）组装好实验装置，先检查装置气密性，加入实验药品，接下来的实验操作是关闭K₁，打开K₂，打开分液漏斗活塞，加入NaOH浓溶液，至不再产生气体，打开K₁，通入氮气一段时间，测定C装置反应前后的质量变化，通入氮气的目的是，反应生成氨气后卫把装置中的气体全部赶入装置C被浓硫酸吸收，准确测定装置C的增重计算，
故答案为：把装置中残留的氨气全部赶入C装置；
（3）图1 装置中空气中的水蒸气和二氧化碳也可以进入装置C，使测定结果偏高，故答案为：偏高；
（4）a．CCl₄不能溶解氨气，可以用排四氯化碳溶液的方法测定氨气体积，故a正确；      
b．氨气极易溶于水，不能排水法测定，故b错误；    
c．氨气极易溶于水，不能用排NH₄Cl溶液的方法测定气体体积，故c错误；     
d．氨气与浓硫酸反应，故d错误；
故选a；
（5）若m g样品完全反应，测得生成气体的体积为V mL（已转换为标准状况），
AlN+NaOH+H₂O═NaAIO₂+NH₃↑
41                  22.4L
m                   V×10^-3L
m=$\frac{41V×10{\;}^{-3}}{22.4}$g，则AlN的质量分数=$\frac{41V×10{\;}^{-3}}{22.4m}$×100%=$\frac{41V}{22400m}$×100%，
故答案为：$\frac{41V}{22400m}$×100%；
（6）步骤①反应为AlN、Al₂O₃分别与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠、氨气和水，反应的离子方程式为AlN+OH^-+H₂O=AlO₂^-+NH₃↑、Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，
故答案为：AlN+OH^-+H₂O=AlO₂^-+NH₃↑、Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；
（7）设样品中含有氧化铝杂质为x，依据铝守恒，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，则质量分数为：$\frac{m{\;}_{1}-（5.1m{\;}_{1}-4.1m{\;}_{2}）}{m{\;}_{1}}$×100%=$\frac{4.1{m}_{2}-4.1{m}_{1}}{{m}_{1}}$×100%，
故答案为：$\frac{4.1{m}_{2}-4.1{m}_{1}}{{m}_{1}}$×100%．

点评 本题考查了物质性质的探究实验设计和实验分析判断，实验基本操作和物质性质的掌握是关键，题目难度中等．