Question

【题目】工业用氧化铝与焦炭在氮气流中加强热制备氮化铝(AlN),氮化铝样品中含少量Al4C3、C、Al2O3杂质。某实验小组拟测定ag氮化铝样品中Al4C3含量并探究甲烷与氧化铜反应的氧化产物为CO2。

已知：(Ⅰ)AlN、Al4C3都能与水反应,分别生成NH3、CH4。

(Ⅱ)CH4还原氧化铜：CH4+4CuO4Cu+CO2+2H2O。

（1）装置连接顺序为 ________________________(按气流从左至右)。

（2）写出A中发生反应的化学方程式：AlN和稀硫酸反应：__________________________；Al4C3与

稀硫酸反应：_______________________________________________________________________。

（3）有下列操作步骤：

①缓缓向A中通入一定量的N2。

②称量B(酒精灯、木块和铁架台除外)，按顺序组装仪器，检查装置的气密性,将样品放入烧瓶中；

③点燃B处酒精灯；

④再次称量B；

⑤从分液漏斗中缓慢滴入稀硫酸,直到不再产生气体为止；

⑥再次缓慢通入一定量的N2。

正确的操作顺序是_________________________；操作①的目的是_______________；若操作③与操作⑤顺序颠倒, 将导致测得的Al4C3的质量分数_________（填“偏大”“偏小”或“不变”)。

（4）设计实验证明A中有NH4+生成：__________________________________。

（5）实验结束后,测得B中固体质量减少bg，则样品中Al4C3的质量分数为________×100%。

（6）通过测定C中生成BaCO3的质量可以确定甲烷与氧化铜反应是否有CO生成。实验完毕后,测得B

中固体质量减少bg；对C中混合物进行过滤、洗涤、干燥、称重,当m(BaCO3)=________g时(用含b表达式表示),表明氧化产物只有CO2。

Answer 1

【答案】 A、D、B、C 2AlN+4H2SO4=Al2(SO4)3+(NH4)2SO4 Al4C3+6H2SO4=2Al2(SO4)3+3CH4↑ 排出装置内的空气,防止对实验的干扰 偏小 ②①③⑤④⑥ 反应完毕后,取少量A中溶液于试管,滴加浓NaOH溶液,加热；用镊子夹一块湿润红色石蕊试纸放在试管口正上方,试纸变蓝色．则说明A中有NH4+，否则没有NH4+

【解析】（1）A装置中样品与稀硫酸反应产生NH3和CH4，NH3溶于A中的水溶液中，从A中出来的气体有CH4和H2O蒸汽，经过D装置碱石灰的干燥得到干燥纯净的CH4，通入B装置中与CuO反应生成CO2，再将产生的CO2气体通入Ba(OH)2溶液，Ba(OH)2溶液变浑浊，故正确的顺序为A、D、B、C

（2）AlN和稀硫酸反应，可以先考虑AlN与水反应生成氨气和氢氧化铝，然后氨气和氢氧化铝再与硫酸反应生成硫酸铝和硫酸铵，再将两个方程式相加可得对应的化学方程式为：2AIN+4H2SO4=Al2(SO4)3+(NH4)2SO4 ；同样的道理可得Al4C3与稀硫酸反应的化学方程式为：Al4C3+6H2SO4=2Al2(SO4)3+3CH4↑

（3）先向A中加入样品，组装好装置并检查气密性，同时称量B的质量，然后向A中通入N2，排除装置中的空气，防止对实验的干扰，然后点燃B处酒精灯，再用分液漏斗放出稀硫酸，产生气体发生反应，冷却后再称量B的质量，最后再通入N2气体，将产生的CO2气体全部排入Ba(OH)2溶液中，所以正确的实验步骤顺序是：②①③⑤④⑥；操作①的目的是排出装置内的空气，防止对实验的干扰；若操作③与操作⑤顺序颠倒，在未加热下CH4不会与CuO反应，而导致CH4的量损耗，从而引起Al4C3的质量偏小，所测Al4C3质量分数偏小。

（4）NH4+的检验是常考的知识点，方法是：反应完毕后，取少量A中溶液于试管，滴加浓NaOH溶液加热，用镊子夹一块湿润红色石蕊试纸放在试管口正上方，试纸变蓝色则说明A中有NH4+，否则没有NH4+。

（5）B中固体质量的减少就是CuO中O元素的质量，所以O原子的物质的量为(b/16)mol，所以CuO的物质的量也为(b/16)mol，根据CH4+4CuO4Cu+CO2+2H2O可知CH4的物质的量为CuO的物质的量的1/4，即CH4的物质的量为(b/64)mol，所以Al4C3的物质的量为1/3×（b/64）mol=(b/192)mol，其质量为(b/192)mol×144g/mol=(144b/192)g，Al4C3的质量分数为(144b/192)g÷ag×100%= × 100%，答案为

（6）当CH4的氧化产物只有CO2时，根据方程式和第（5）问可知CO2的物质的量为CuO的物质的量的四分之一，所以CO2的物质的量为(b/64)mol，则生成的BaCO3沉淀的质量为(b/64)mol×197g/mol=，故当m(BaCO3)= 时，CH4的氧化产物全为CO2。