Question

氮化铝（AlN）是一种新型无机材料，广泛应用于集成电路生产领域．某氮化铝中含有碳或氧化铝杂质，现用图Ⅰ中的一些装置来进行检验，使氮化铝样品和NaOH溶液反应AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，根据反应中所生成氨气的体积来测定样品中的氮化铝的质量分数，并根据实验现象来确定杂质的成分（实验中导管体积忽略不计）已知：NH₃非常容易溶于水，氧化铝易溶于NaOH溶液．
（1）实验有关操作为：a、往锥形瓶中放入适量的AlN样品：b、从分液漏斗往锥形瓶中加入过量的浓NaOH；c、检验装置的气密性；d、测定收集到水的体积．正确的操作顺序为______．
（2）本试验中检查装置气密性的方法是______．
（3）广口瓶中的试剂X可选用______（填选项的标号）．
A　酒精　　　 B　植物油
（4）广口瓶的液体没有装满（上方留有少量空间），实验测得NH₃的体积将______（填偏大、偏小或不变）．
（5）实验结束后，若观察到锥形瓶中还有固体，则样品中含有的杂质是______．
（6）若实验中测得样品的质量为wg，氨气的体积为aL（标况下），则样品中AlN的质量分数为______（AlN的相对分子质量为41，每22.4L氨气质量为17g）．
（7）有人改用图Ⅱ装置进行同样实验，通过测定烧杯中硫酸的增重来确定样品中AlN的质量分数．你认为是否可行？______（填入“可行”、“不可行”）．原因是______，改进的方法为______．

Answer 1

解：（1）制取气体时首先要检查装置气密性，再装药品，先装固体，再装液体，最后用排水法测氨气的体积；
（2）关闭分液漏斗开关，使装置处于密闭体系，将导管一端浸入水中，用手紧握锥形瓶外壁，由于热胀冷缩，锥形瓶内气体受热膨胀，如果导管口有气泡冒出，说明气密性良好，否则装置漏气；
（3）广口瓶中的试剂X的作用是将氨气与水隔开，因为氨气极易溶于水，由于酒精能以任意比例与水互溶，所以不能用酒精，要用植物油将氨气与水隔开，水不溶于油；
（4）反应前广口瓶的上方留有的少量空间填充的是空气，反应后广口瓶的上方留有的少量空间填充的是氨气，氨气代替了开始的空气，把最后空间中冲入的氨气当成开始时的空气即可，所以对实验结果没有影响；
（5）氮化铝中含有碳或氧化铝杂质，氧化铝易溶于NaOH溶液，而实验结束后，若观察到锥形瓶中还有固体，说明固体不溶于氢氧化钠溶液，所以杂质是碳；
（6）根据每22.4L氨气质量为17g，计算出氨气的体积为aL的质量：，设生成这些氨气，需要参加反应的氮化铝质量为X则：
AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑
41 17
X 根据：解得X=，所以样品中AlN的质量分数为：=；
（7）氨气极易溶于硫酸，会使导管内压强迅速减小，使液体倒吸入导管内进入锥形瓶，在导管末端接一倒置的漏斗，不会引起液体倒吸．
故答案为：（1）cabd；（2）关闭分液漏斗开关，将导管一端浸入水中，用手紧握锥形瓶外壁，如果导管口有气泡冒出，说明气密性良好，否则装置漏气；（3）B；（4）不变；（5）碳；（6）；（7）不可行；会使液体沿着导管倒吸入锥形瓶内；在导管末端接一倒置的漏斗．
分析：（1）根据制取气体的一般实验步骤考虑；（2）只要先将装置密封再利用热胀冷缩原理进行气密性验证；（3）根据广口瓶中的试剂X的作用考虑；（4）根据反应前后广口瓶的上方留有的少量空间填充气体变化考虑；（5）根据杂质是否与氢氧化钠溶液反应考虑；（6）先根据每22.4L氨气质量为17g，计算出氨气的体积为aL的质量，再根据方程式计算出AlN的质量，再除以wg乘以百分之百；（7）根据氨气极易溶于硫酸，会使导管内压强减小，使液体倒吸考虑，只要改进后能防止液体倒吸即可．
点评：解答本题要知道制取气体的一般步骤，知道用排水法测定气体体积的方法，由于氨气极易溶于水，要用植物油将氨气与水分开；知道代入方程式计算的数值只能是质量，必须把体积换算成质量再进行列比例式计算．