氮化铝（AlN）陶瓷是一种类金刚石氮化物的新型无机非金属材料，最高可稳定到2200℃，导热性好，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料．抗熔融金属侵蚀的能力强，是熔铸纯铁、铝或铝合

Question

氮化铝（AlN）陶瓷是一种类金刚石氮化物的新型无机非金属材料，最高可稳定到2200℃，导热性好，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料．抗熔融金属侵蚀的能力强，是熔铸纯铁、铝或铝合金理想的坩埚材料．工业用氮化铝（AlN）产品中常含有少量Al₄C₃、Al₂O₃、C等杂质．现要通过实验分别测定氮化铝（AlN）样品中AlN和Al₄C₃的质量分数（忽略NH₃在强碱性溶液中的溶解）．
（1）实验原理
①已知Al₄C₃与硫酸反应可生成CH₄，则该反应的离子方程式是___．
②AlN溶于强酸生成铵盐，溶于氢氧化钠溶液生成氨气，
请写出AlN与NaOH溶液反应的化学方程式．
（2）实验装置（如图所示）

（3）实验过程
①连接实验装置，检验装置的气密性．称得D装置的质量为yg，滴定管的读数为amL．
②称取xg AlN样品置于锥形瓶中；塞好胶塞，关闭活塞K₂、K₃，打开活塞K₁，通过分液漏斗加入过量___（填化学式），与锥形瓶内物质充分反应．
③待反应进行完全后，关闭活塞K₁，打开活塞K₃，通过分液漏斗加入过量___（填化学式），
与锥形瓶内物质充分反应．
④打开K₂，通过打气装置通入空气一段时间．
⑤记录滴定管的读数为bmL，称得D装置的质量为zg．
（4）数据处理与问答
①在上述装置中，设置活塞K₂的目的是___．
②若读取滴定管中气体的体积时，液面左高右低，则所测气体的体积___填“偏大”，“偏小”或“无影响”）．
③Al₄C₃的质量分数为___，AlN的质量分数为___．

Answer 1

从实验装置和实验步骤上看，本实验的原理是用足量硫酸与样品中Al₄C₃完全反应，量取生成的甲烷气体，从而可测得Al₄C₃的百分含量；用足量NaOH溶液与样品中AlN完全反应，充分吸收生成的氨气，并称量其质量，从而求得AlN的质量分数；
（1）①碳化铝（Al₄C₃）与水反应生成氢氧化铝和甲烷，碳化铝与硫酸反应可理解为碳化铝（Al₄C₃）与水反应，产物再和硫酸反应，所以产物为硫酸铝和甲烷，反应方程式为：Al₄C₃+6H₂SO₄=2Al₂（SO₄）₃+3CH₄↑，离子方程式为：Al₄C₃+12H⁺=4Al³⁺+3CH₄↑，
故答案为：Al₄C₃+12H⁺=4Al³⁺+3CH₄↑；
②根据题目信息：AlN溶于强碱溶液时会生成NH₃，化学方程式为：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，
故答案为：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑；
（3）②关闭活塞K₂、K₃，打开活塞 K₁，通过分液漏斗加入稀硫酸，硫酸与样品中Al₄C₃完全反应，量取生成的甲烷气体，从而测得Al₄C₃的百分含量，
故答案为：H₂SO₄；
③关闭活塞K₁，打开活塞K₃，用足量NaOH溶液与样品中AlN完全反应，充分吸收生成的氨气，并称量其质量，
故答案为：NaOH；
（4）①装置中残留部分氨气，打开K₂，通入空气一段时间，排尽装置的氨气，被装置D完全吸收，防止测定的氨气的质量偏小，
故答案为：打开K₂，通入空气一段时间，排尽装置的氨气，被装置D完全吸收；
②读取滴定管中气体的体积时，液面左高右低，气体的压强大于大气压，测定气体甲烷的体积偏小，
故答案为：偏小；
③甲烷的体积为（a-b）mL，物质的量为((a-b)×10-3)/(Vm)mol，根据碳原子的守恒，Al₄C₃的物质的量等于甲烷的物质的量的三分之一，所以Al₄C₃的质量为(1)/(3)×((a-b)×10-3)/(Vm)mol×144g/mol=(48(a-b)×10-3)/(Vm)g，Al₄C₃的质量分数为(0.048(a-b))/(Vm•X)×100%，
氨气的质量为（z-y）g，物质的量为(Z-Y)/(17)mol，根据氮原子的守恒，氨气的物质的量等于AlN的物质的量，所以AlN的质量为(Z-Y)/(17)mol×41g/mol=(41(Z-Y))/(17)g，故AlN的质量分数为((41(Z-Y))/(17))/(X)×100%=(41(Z-Y))/(17X)×100%，

故答案为：(0.048(a-b))/(Vm•X)×100%；(41(Z-Y))/(17X)×100%．