Question

2．氮化鋁（AlN）是一種新型無(wú)機(jī)非金屬材料，其制取原理為：
Al₂O₃+3C+N₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlN+3CO．在制取氮化鋁時(shí)由于反應(yīng)不完全，產(chǎn)品中有氧化鋁和碳．
為了分析某AlN樣品的組成，某實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行了如下探究．
【實(shí)驗(yàn)1】測(cè)定樣品中氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
取一定量的樣品，用以下裝置測(cè)定樣品中AlN的純度（夾持裝置已略去）．

已知：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑
（1）如圖C裝置中球形干燥管的作用是防倒吸．
（2）完成以下實(shí)驗(yàn)步驟：組裝好實(shí)驗(yàn)裝置，首先檢查裝置氣密性，再加入實(shí)驗(yàn)藥品．然后關(guān)閉K₁，打開(kāi)K₂；把裝置中殘留的氨氣全部趕入C裝置，
打開(kāi)分液漏斗活塞，加入NaOH濃溶液，至不再產(chǎn)生氣體．打開(kāi)K₁，緩緩?fù)ㄈ氲獨(dú)庖欢螘r(shí)間，測(cè)定C裝置反應(yīng)前后的質(zhì)量變化．通入氮?dú)獾哪康氖前蜒b置中殘留的氨氣全部趕入C裝置．
（3）若去掉裝置B，則導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏高（填“偏高”、“偏低”或“無(wú)影響”）．由于上述裝置還存在缺陷，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏高，請(qǐng)?zhí)岢龈倪M(jìn)意見(jiàn)C裝置出口處連接一個(gè)干燥裝置．
【實(shí)驗(yàn)2】按以下步驟測(cè)定樣品中鋁元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

（4）步驟②生成沉淀的離子方程式為CO₂+AlO₂^-+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓．
（5）操作③需要的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒及燒杯．
（6）A1元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{{9{m_2}}}{{17{m_1}}}×100%$（用m₁、m₂表示）．
【實(shí)驗(yàn)3】測(cè)定樣品中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
稱(chēng)取10.00g樣品置于反應(yīng)器中，通往2.24LO₂，在高溫下充分反應(yīng)后得到3.36L氣體（AlN不跟O₂反應(yīng)），測(cè)得其密度為1.61g•L^-1（體積及密度均已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況）．
（7）計(jì)算該樣品中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)16%．

Answer 1

分析 [實(shí)驗(yàn)1]
測(cè)定原理是通過(guò)測(cè)定A1N+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑反應(yīng)生成氨氣的質(zhì)量來(lái)計(jì)算氮化鋁的含量，則A中發(fā)生的反應(yīng)為A1N+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，生成的氨氣被堿石灰干燥，然后將氨氣通入稀硫酸中被硫酸吸收生成硫酸銨，通入的氮?dú)饽軐⑸�成的氨氣完全排出�?br />（1）氨氣極易溶于水和稀硫酸，緩沖裝置能防止倒吸；
（2）組裝好實(shí)驗(yàn)裝置，氣體制備需要先檢查裝置氣密性，加入實(shí)驗(yàn)藥品．接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)操作是關(guān)閉K₁，打開(kāi)K₂，打開(kāi)分液漏斗活塞，加入NaOH濃溶液，至不再產(chǎn)生氣體．打開(kāi)K₁，通入氮?dú)庖欢螘r(shí)間，測(cè)定C裝置反應(yīng)前后的質(zhì)量變化．通入氮?dú)獾哪康氖�，反�?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(cè)定裝置C的增重計(jì)算；
（3）濃硫酸具有吸水性，能吸收氨氣中的水蒸氣；濃硫酸能吸收空氣中的水蒸氣；
[實(shí)驗(yàn)2]
測(cè)定原理是通過(guò)測(cè)定A1N+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑反應(yīng)生成氨氣的體積來(lái)計(jì)算氮化鋁的含量，樣品溶液過(guò)量NaOH溶液，發(fā)生反應(yīng)A1N+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，向?yàn)V液中通入過(guò)量二氧化碳，發(fā)生的反應(yīng)為CO₂+AlO₂^-+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓，然后過(guò)濾，得到的濾渣為Al（OH）₃，煅燒濾渣，發(fā)生反應(yīng)2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O，
（4）偏鋁酸鈉和過(guò)量二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉；
（5）過(guò)濾時(shí)需要的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒及燒杯；
（6）根據(jù)Al原子守恒計(jì)算；                
[實(shí)驗(yàn)3]
（7）氣體產(chǎn)物的平均摩爾質(zhì)量=1.61g•L^-1×22.4L/mol=36g/mol，氧氣不足，生成氣體是CO和CO₂混合氣體，CO與CO₂的物質(zhì)的量之比為（44-36）：（36-28）=1：1，氧氣的物質(zhì)的量為$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，
設(shè)CO₂為y mol，由氧原子守恒：y+2y=0.1×2，
解得x=$\frac{0.2}{3}$
故碳元素質(zhì)量為（$\frac{0.2}{3}$mol+$\frac{0.2}{3}$mol）×12g/mol=1.6g，
C元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{C元素質(zhì)量}{樣品質(zhì)量}$．

解答 解：[實(shí)驗(yàn)1]
測(cè)定原理是通過(guò)測(cè)定A1N+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑反應(yīng)生成氨氣的質(zhì)量來(lái)計(jì)算氮化鋁的含量，則A中發(fā)生的反應(yīng)為A1N+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，生成的氨氣被堿石灰干燥，然后將氨氣通入稀硫酸中被硫酸吸收生成硫酸銨，通入的氮?dú)饽軐⑸�成的氨氣完全排出�?br />（1）氨氣極易溶于水和稀硫酸，緩沖裝置能防止倒吸，導(dǎo)致的干燥管有緩沖作用，所以能防止倒吸，
故答案為：防倒吸；
（2）有連接的裝置在使用前必須檢查裝置氣密性，所以該實(shí)驗(yàn)之前必須檢驗(yàn)裝置氣密性；然后加入藥品，將關(guān)閉K₁，打開(kāi)K₂同時(shí)打開(kāi)分液漏斗的活塞，從而發(fā)生A中的反應(yīng)；通入的氮?dú)饽馨蜒b置中殘留的氨氣全部趕入C裝置，否則易導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏小，
故答案為：檢查裝置氣密性；關(guān)閉K₁，打開(kāi)K₂；把裝置中殘留的氨氣全部趕入C裝置；
（3）濃硫酸具有吸水性，能吸收氨氣中的水蒸氣，如果去掉裝置B，則氨氣中的水蒸氣被濃硫酸吸收而導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏大；C裝置直接連接空氣，濃硫酸能吸收空氣中的水蒸氣而導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏高，其改進(jìn)措施為C裝置出口處連接一個(gè)干燥裝置，
故答案為：偏高；C裝置出口處連接一個(gè)干燥裝置；
[實(shí)驗(yàn)2]
測(cè)定原理是通過(guò)測(cè)定A1N+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑反應(yīng)生成氨氣的體積來(lái)計(jì)算氮化鋁的含量，樣品溶液過(guò)量NaOH溶液，發(fā)生反應(yīng)A1N+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，向?yàn)V液中通入過(guò)量二氧化碳，發(fā)生的反應(yīng)為CO₂+AlO₂^-+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓，然后過(guò)濾，得到的濾渣為Al（OH）₃，煅燒濾渣，發(fā)生反應(yīng) 2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O，
（4）偏鋁酸鈉和過(guò)量二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，離子方程式為CO₂+AlO₂^-+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓，
故答案為：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓；
（5）過(guò)濾時(shí)需要的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒及燒杯，故答案為：漏斗、玻璃棒和燒杯；
（6）根據(jù)Al原子守恒得n（Al）=2n[Al₂O₃]，所以m（Al）=$\frac{{m}_{2}g}{102g/mol}$=$\frac{27{m}_{2}}{51}$g，則Al元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{\frac{27{m}_{2}}{51}g}{{m}_{1}g}$×100%=$\frac{{9{m_2}}}{{17{m_1}}}×100%$，
故答案為：$\frac{{9{m_2}}}{{17{m_1}}}×100%$；                
[實(shí)驗(yàn)3]
（7）氣體產(chǎn)物的平均摩爾質(zhì)量=1.61g•L^-1×22.4L/mol=36g/mol，氧氣不足，生成氣體是CO和CO₂混合氣體，
CO與CO₂的物質(zhì)的量之比為（44-36）：（36-28）=1：1，
氧氣的物質(zhì)的量為$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，
設(shè)CO₂為y mol，由氧原子守恒：y+2y=0.1×2，
解得x=$\frac{0.2}{3}$
故碳元素質(zhì)量為（$\frac{0.2}{3}$mol+$\frac{0.2}{3}$mol）×12g/mol=1.6g，
樣品中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{C元素質(zhì)量}{樣品質(zhì)量}$=$\frac{1.6g}{10g}$×100%=16%，
故答案為：16%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備、物質(zhì)含量測(cè)定等知識(shí)點(diǎn)，為高頻考點(diǎn)，涉及質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算、基本實(shí)驗(yàn)操作、尾氣處理、誤差分析等知識(shí)點(diǎn)，明確實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)基本操作等知識(shí)點(diǎn)即可解答，難點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)誤差分析，題目難度中等．