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简答题

[背景材料]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.氮化铝还是电绝缘体,介电性能良好,用作电器元件也很有希望.超细氮化铝粉末被广泛应用于大规模集成电路生产领域.

其制取原理为:Al2O3+3C+N2 2AlN+3CO

[问题探究]某化学研究性学习小组成员根据氮化铝的制取原理,进行了如下探究.

问题1、在制取氮化铝时由于反应不完全,氮化铝产品中所含杂质除了碳以外还可能存在______

问题2、为测定该产品中有关成分的含量,甲、乙两同学设计了以下两个实验:

(1)甲同学:称取10.00g样品,将其加入过量的氢氧化钠溶液中共热并蒸干,AlN跟氢氧化钠溶液反应生成NaAlO2,并放出氨气3.36L(标准状况).上述反应的化学方程式为______

(2)乙同学:称取10.00g样品置于反应器中,通入2.016L(标准状况)O2,在高温下充分反应后测得气体的密度为1.34g•L-1(已折成标准状况,AlN不跟O2反应).该样品中含杂质碳______g.

问题3、丙同学受到甲、乙同学实验的启发,认为测定某氮化铝中含有碳或氧化铝杂质,可用图中I的一些装置来进行检验,根据AlN与NaOH溶液反应所生成氨气的体积来测定样品中氮化铝的质量分数,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)

(1)实验有关操作为:

①往锥形瓶中放入适量的AlN样品:②从分液漏斗往锥形瓶中加入过量的浓NaOH;③检验装置的气密性;④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可最好选用______(填选项的标号).

A、苯    B、酒精    C、植物油    D、CCl4

(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)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的式量为41).

问题4、丁同学认为,丙同学的实验方法,可能因气体体积测量不准,导致误差较大.建议改用图中的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”),最简单的改进方法为______

问题5、戊同学仔细思考了丁同学的装置后,认为此装置所测测得的样品中AlN含量偏小.其原因是______.若忽略此原因的话,只要用图中的III或IV两个装置中的一种,只需进行简单而又必要的数据测定,可比较准确地确定样品中AlN的质量分数.较合理的装置为______(填代号).但是戊同学的装置有缺陷所测结果将偏高或偏低______

正确答案

解:问题1、碳和氧化铝是固体,由于反应不完全,反应物中有氧化铝固体可能未反应完而留在AlN中,故答案为:氧化铝;

问题2、(1)由于AlN跟氢氧化钠溶液反应生成NaAlO2、并放出NH3,其反应方程式为:AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑,故答案为:AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑;

(2)反应产物可能CO2、CO或CO2和CO、CO2和O2的混合气体,根据气体产物的密度可计算出气体产物的平均相对分子质量为30,所以生成气体必定是CO2和CO混合气体.设混合气体中含有CO2xmol,CO ymol,根据氧原子守恒有2x+y=0.18…①,根据平均相对分子质量有44x+28y=30(x+y)…②,联立方程解得:x=0.02,y=0.14.所以,样品中C的质量为(0.02+0.14)×12=1.92g,故答案为:1.92;

问题3、(1)检查装置的气密性往往是在加药品前进行,否则将可能造成药品的浪费,故先检验气密性,然后在锥形瓶中放入适量的AlN样品,再从分液漏斗往锥形瓶中加入过量的浓NaOH,测定收集到水的体积,

故答案为:③①②④;

(2)检查气密性的关键是整个体系要处于密闭状态,常用的方法有:密封气体利用气体的热胀冷缩或液封气体形成液面高度差.由装置可知,适合利用气体热胀冷缩.具体操作为:关闭分液漏斗活塞,微热锥形瓶,广口瓶中右侧导管水柱上升,恒温时水柱并不回落.

故答案为:关闭分液漏斗活塞,微热锥形瓶,广口瓶中右侧导管水柱上升,恒温时水柱并不回落;

(3)A.苯易挥发,会浪费试剂、影响氨气体积测定,故A错误;

B.酒精易挥发,挥发出来的气体对实验有影响,同时由于酒精易溶于水,也不能达到隔离的目的,故B错误;

C.植物油既不溶于水,密度小于水也不易挥发,可以把氨气与水进行隔离,故C正确;

D.CCl4密度大于水,不能起到隔离作用,故D错误.

故答案为:C;

(4)本次实验的目的在于测定产生气体的体积而不是收集纯净的气体,氨气排出装置的气体,按占据原来气体空间,广口瓶内的液体是否充满不影响所收集到的NH3体积大小,故答案为:不变;

(5)氨气的体积为aL(标况下)的物质的量为 =mol,由方程式AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑可知,样品中AlN的物质的量为=mol,所以AlN的质量为 mol×41g/mol=g,样品中AIN的质量分数为×100%=%.故答案为:%;

问题4、II中NH3极易被吸收,发生倒吸现象,同时氨气中含有水蒸气,影响氨气质量的测定,所以不可行.所作的改正为:在装置之间添加盛有碱石灰的干燥管,烧杯导管的末端接一倒扣的漏斗来吸收氨气.故答案为:不可行;在装置之间添加盛有碱石灰的干燥管,烧杯导管的末端接一倒扣的漏斗来吸收氨气;

问题5、通过测定氨气的质量(即实验中硫酸增重量)来推算氮化铝的质量.因为有一部分氨气留在锥形瓶中,反应产生的氨气无法全部被稀硫酸吸收,因此实验测得AlN的质量分数将偏小.

戊同学设计的装置Ⅲ较合理,这是通过反应前后总质量减少来测定AlN的质量分数.这里的干燥管作用是吸收被NH3带出来的水蒸气(反应放热,更容易使产生的水蒸气被NH3带走),若用IV,则NH3被吸收,反应前后几无质量差.但戊同学仍未考虑到空气中的水蒸气或CO2的进入,否则,将造成反应后的总质量增大,相当于NH3的减少,导致结果偏低.故答案为:反应产生的氨气不可能被完全吸收;Ⅲ;偏低.

解析

解:问题1、碳和氧化铝是固体,由于反应不完全,反应物中有氧化铝固体可能未反应完而留在AlN中,故答案为:氧化铝;

问题2、(1)由于AlN跟氢氧化钠溶液反应生成NaAlO2、并放出NH3,其反应方程式为:AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑,故答案为:AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑;

(2)反应产物可能CO2、CO或CO2和CO、CO2和O2的混合气体,根据气体产物的密度可计算出气体产物的平均相对分子质量为30,所以生成气体必定是CO2和CO混合气体.设混合气体中含有CO2xmol,CO ymol,根据氧原子守恒有2x+y=0.18…①,根据平均相对分子质量有44x+28y=30(x+y)…②,联立方程解得:x=0.02,y=0.14.所以,样品中C的质量为(0.02+0.14)×12=1.92g,故答案为:1.92;

问题3、(1)检查装置的气密性往往是在加药品前进行,否则将可能造成药品的浪费,故先检验气密性,然后在锥形瓶中放入适量的AlN样品,再从分液漏斗往锥形瓶中加入过量的浓NaOH,测定收集到水的体积,

故答案为:③①②④;

(2)检查气密性的关键是整个体系要处于密闭状态,常用的方法有:密封气体利用气体的热胀冷缩或液封气体形成液面高度差.由装置可知,适合利用气体热胀冷缩.具体操作为:关闭分液漏斗活塞,微热锥形瓶,广口瓶中右侧导管水柱上升,恒温时水柱并不回落.

故答案为:关闭分液漏斗活塞,微热锥形瓶,广口瓶中右侧导管水柱上升,恒温时水柱并不回落;

(3)A.苯易挥发,会浪费试剂、影响氨气体积测定,故A错误;

B.酒精易挥发,挥发出来的气体对实验有影响,同时由于酒精易溶于水,也不能达到隔离的目的,故B错误;

C.植物油既不溶于水,密度小于水也不易挥发,可以把氨气与水进行隔离,故C正确;

D.CCl4密度大于水,不能起到隔离作用,故D错误.

故答案为:C;

(4)本次实验的目的在于测定产生气体的体积而不是收集纯净的气体,氨气排出装置的气体,按占据原来气体空间,广口瓶内的液体是否充满不影响所收集到的NH3体积大小,故答案为:不变;

(5)氨气的体积为aL(标况下)的物质的量为 =mol,由方程式AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑可知,样品中AlN的物质的量为=mol,所以AlN的质量为 mol×41g/mol=g,样品中AIN的质量分数为×100%=%.故答案为:%;

问题4、II中NH3极易被吸收,发生倒吸现象,同时氨气中含有水蒸气,影响氨气质量的测定,所以不可行.所作的改正为:在装置之间添加盛有碱石灰的干燥管,烧杯导管的末端接一倒扣的漏斗来吸收氨气.故答案为:不可行;在装置之间添加盛有碱石灰的干燥管,烧杯导管的末端接一倒扣的漏斗来吸收氨气;

问题5、通过测定氨气的质量(即实验中硫酸增重量)来推算氮化铝的质量.因为有一部分氨气留在锥形瓶中,反应产生的氨气无法全部被稀硫酸吸收,因此实验测得AlN的质量分数将偏小.

戊同学设计的装置Ⅲ较合理,这是通过反应前后总质量减少来测定AlN的质量分数.这里的干燥管作用是吸收被NH3带出来的水蒸气(反应放热,更容易使产生的水蒸气被NH3带走),若用IV,则NH3被吸收,反应前后几无质量差.但戊同学仍未考虑到空气中的水蒸气或CO2的进入,否则,将造成反应后的总质量增大,相当于NH3的减少,导致结果偏低.故答案为:反应产生的氨气不可能被完全吸收;Ⅲ;偏低.

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某化学小组在实验室模拟用软锰矿(主要成分MnO2,杂质为铁及铜的化合物等)制备高纯碳酸锰,过程如下(部分操作和条件略):

①缓慢向烧瓶中(见图a)通入过量混合气进行“浸锰”操作,主要反应原理为:

SO2+H2O=H2SO3

MnO2+H2SO3=MnSO4+H2O

(铁浸出后,过量的SO2会将Fe3+还原为Fe2+

②向“浸锰”结束后的烧瓶中加入一定量纯MnO2粉末.

③再用Na2CO3溶液调节pH为3.5左右,过滤.

④调节滤液pH为6.5~7.2,加入NH4HCO3,有浅红色的沉淀生成,过滤、洗涤、干燥,得到高纯碳酸锰.

回答:

(1)“浸锰”反应中往往有副产物MnS2O6的生成,温度对“浸锰”反应的影响如图b,为减少MnS2O6 的生成,“浸锰”的适宜温度是______

(2)查阅表1,③中调pH为3.5时沉淀的主要成分是______.②中加入一定量纯MnO2粉末的主要作用是______,相应反应的离子方程式为______

表1:生成相应氢氧化物的pH

(3)③中所得的滤液中含有Cu2+,可添加过量的难溶电解质MnS除去Cu2+,经过滤,得到纯净的MnSO4.用平衡移动原理解释加入MnS的作用______

(4)④中加入NH4HCO3后发生反应的离子方程式是______

(5)检验④中沉淀是否洗涤干净的方法是______

正确答案

解:(1)根据“浸锰”温度与MnS2O6 的生成率的关系图,当温度150℃以上时,MnS2O6 的生成率几乎为0,所以为减少MnS2O6 的生成,“浸锰”的适宜温度是150℃(或150℃以上),

故答案为:150℃(或150℃以上);

(2)查阅表1,③中调pH为3.5时只有Fe(OH)3开始沉淀,所以沉淀的主要成分是Fe(OH)3;二氧化锰有氧化性,能氧化二价铁离子和二氧化硫,所以②中加入一定量纯MnO2粉末,能将Fe2+氧化为Fe3+,将过量的SO2氧化除去,反应的离子方程式为MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O,MnO2+SO2=Mn2++SO42-

故答案为:Fe(OH)3;将Fe2+氧化为Fe3+,将过量的SO2氧化除去;MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O,MnO2+SO2=Mn2++SO42-

(3)③中所得的滤液中含有Cu2+,添加过量的难溶电解质MnS,CuS比MnS更难溶,所以MnS不断溶解,

MnS(S)⇌Mn2+(aq)+S2-(aq);S2-(aq)+Cu2+(aq)⇌CuS(S)平衡右移,使Cu2+除去,

故答案为:MnS(S)⇌Mn2+(aq)+S2-(aq);S2-(aq)+Cu2+(aq)⇌CuS(S) 生成的CuS比MnS更难溶,促进MnS不断溶解,平衡右移,使Cu2+除去;

(4)制备高纯碳酸锰的原理是碳酸根和锰离子之间反应生成碳酸锰的过程,所以④中加入NH4HCO3后发生反应是锰离子和碳酸氢根离子反应,生成碳酸锰和二氧化碳和水,反应方程式为:Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O,

故答案为:Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O;

(5)沉淀会附着SO42-离子,取最后一次洗涤液,滴加酸化的BaCl2溶液,无沉淀生成,说明已洗净,反之硫酸根离子和钡离子结合生成硫酸钡沉淀,表明未洗干净,有SO42-

故答案为:取少量最后一次洗涤后的滤液放入试管中,滴加酸化的BaCl2溶液,若无白色沉淀产生,则沉淀洗涤干净;反之则未洗干净;

解析

解:(1)根据“浸锰”温度与MnS2O6 的生成率的关系图,当温度150℃以上时,MnS2O6 的生成率几乎为0,所以为减少MnS2O6 的生成,“浸锰”的适宜温度是150℃(或150℃以上),

故答案为:150℃(或150℃以上);

(2)查阅表1,③中调pH为3.5时只有Fe(OH)3开始沉淀,所以沉淀的主要成分是Fe(OH)3;二氧化锰有氧化性,能氧化二价铁离子和二氧化硫,所以②中加入一定量纯MnO2粉末,能将Fe2+氧化为Fe3+,将过量的SO2氧化除去,反应的离子方程式为MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O,MnO2+SO2=Mn2++SO42-

故答案为:Fe(OH)3;将Fe2+氧化为Fe3+,将过量的SO2氧化除去;MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O,MnO2+SO2=Mn2++SO42-

(3)③中所得的滤液中含有Cu2+,添加过量的难溶电解质MnS,CuS比MnS更难溶,所以MnS不断溶解,

MnS(S)⇌Mn2+(aq)+S2-(aq);S2-(aq)+Cu2+(aq)⇌CuS(S)平衡右移,使Cu2+除去,

故答案为:MnS(S)⇌Mn2+(aq)+S2-(aq);S2-(aq)+Cu2+(aq)⇌CuS(S) 生成的CuS比MnS更难溶,促进MnS不断溶解,平衡右移,使Cu2+除去;

(4)制备高纯碳酸锰的原理是碳酸根和锰离子之间反应生成碳酸锰的过程,所以④中加入NH4HCO3后发生反应是锰离子和碳酸氢根离子反应,生成碳酸锰和二氧化碳和水,反应方程式为:Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O,

故答案为:Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O;

(5)沉淀会附着SO42-离子,取最后一次洗涤液,滴加酸化的BaCl2溶液,无沉淀生成,说明已洗净,反之硫酸根离子和钡离子结合生成硫酸钡沉淀,表明未洗干净,有SO42-

故答案为:取少量最后一次洗涤后的滤液放入试管中,滴加酸化的BaCl2溶液,若无白色沉淀产生,则沉淀洗涤干净;反之则未洗干净;

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无水氯化铝是一种重要的化工原料,利用明矾石[K2SO4•Al2(SO43•2Al2O3•6H2O]制备无水氯化铝的流程如图1:

(1)验证焙烧炉产生的气体含有SO2的方法是______

(2)吸收焙烧炉中产生的SO2,下图中装置合理的是______(填代号).

(3)氯化炉中发生反应的化学方程式为______

(4))经焙烧炉生成的孰料加入NaOH溶解,再经一系列变化也能得到AlCl3,则孰料溶解时反应的离子方程式为______

(5)某学习小组设计用如图2装置验证二氧化硫的某些化学性质.

①能说明二氧化硫具有氧化性的实验现象为______

②写出a瓶中发生反应的离子方程式______

③充分反应后,取a瓶中的溶液分成三份,分别进行如下实验.

实验I:向第一份溶液中加入足量的NaOH溶液,生成白色沉淀,迅速变为灰绿色,最终变为红褐色

实验II:向第二份溶液中加入少量KMnO4溶液,紫色褪去

实验III:向第三份溶液中加入BaC12溶液,生成白色沉淀

上述实验中能证明二氧化硫具有还原性的是______(填实验代号).

正确答案

解:(1)用品红溶液检验二氧化硫,具有二氧化硫的方法为:将气体通入品红中,品红褪色,加热后又恢复红色,证明有SO2

故答案为:将气体通入品红中,品红褪色,加热后又恢复红色,证明有SO2

(2)a.干燥管球形处容积较大,溶液倒吸后会于烧杯内的液体分离,由重力作用又回到烧杯内,可以防止倒吸,故a正确;

b.广口瓶中进气管长,出气管短,不能防止倒吸,应进气管短,故b错误;

c.导管直接伸入液面内,会发生倒吸危险,故c错误;

d.二氧化硫经过四氯化碳后,被氢氧化钠溶液吸收,可以防止倒吸,故d正确,

故选:ad;

(3)由流程图可知,氯化炉中氧化铝、碳、氯气反应生成氯化铝、CO,反应方程式为:3C+Al2O3+3Cl23CO+2AlCl3,故答案为:3C+Al2O3+3Cl23CO+2AlCl3

(4)氢氧化钠溶解氧化铝的化学方程式为Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O,则离子反应式为Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O,故答案为:Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O;

(5)①硫化钠溶液里通SO2发生反应的离子方程式为SO2+2S2-+2H2O=3S↓+4OH-,此反应体现了SO2的氧化性,看到的现象是b中出现淡黄色沉淀,故答案为:b中出现淡黄色沉淀;

②二氧化硫能被硫酸铁溶液氧化,生成硫酸根离子和亚铁离子,反应的离子方程式为2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+

故答案为:2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+

③实验Ⅰ中有氢氧化亚铁沉淀生成,实验Ⅱ中有亚铁离子生成,都说明二氧化硫将铁离子还成亚铁离子,说明二氧化硫具有还原性,所以实验Ⅰ和Ⅱ都说明二氧化硫具有还原性,故答案为:Ⅰ和Ⅱ.

解析

解:(1)用品红溶液检验二氧化硫,具有二氧化硫的方法为:将气体通入品红中,品红褪色,加热后又恢复红色,证明有SO2

故答案为:将气体通入品红中,品红褪色,加热后又恢复红色,证明有SO2

(2)a.干燥管球形处容积较大,溶液倒吸后会于烧杯内的液体分离,由重力作用又回到烧杯内,可以防止倒吸,故a正确;

b.广口瓶中进气管长,出气管短,不能防止倒吸,应进气管短,故b错误;

c.导管直接伸入液面内,会发生倒吸危险,故c错误;

d.二氧化硫经过四氯化碳后,被氢氧化钠溶液吸收,可以防止倒吸,故d正确,

故选:ad;

(3)由流程图可知,氯化炉中氧化铝、碳、氯气反应生成氯化铝、CO,反应方程式为:3C+Al2O3+3Cl23CO+2AlCl3,故答案为:3C+Al2O3+3Cl23CO+2AlCl3

(4)氢氧化钠溶解氧化铝的化学方程式为Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O,则离子反应式为Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O,故答案为:Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O;

(5)①硫化钠溶液里通SO2发生反应的离子方程式为SO2+2S2-+2H2O=3S↓+4OH-,此反应体现了SO2的氧化性,看到的现象是b中出现淡黄色沉淀,故答案为:b中出现淡黄色沉淀;

②二氧化硫能被硫酸铁溶液氧化,生成硫酸根离子和亚铁离子,反应的离子方程式为2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+

故答案为:2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+

③实验Ⅰ中有氢氧化亚铁沉淀生成,实验Ⅱ中有亚铁离子生成,都说明二氧化硫将铁离子还成亚铁离子,说明二氧化硫具有还原性,所以实验Ⅰ和Ⅱ都说明二氧化硫具有还原性,故答案为:Ⅰ和Ⅱ.

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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______

正确答案

解: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(SO43+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×mol×144g/mol=g,Al4C3的质量分数为×100%,

氨气的质量为(z-y)g,物质的量为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mol×41g/mol=g,故AlN的质量分数为×100%=×100%,

故答案为:×100%;×100%.

解析

解: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(SO43+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×mol×144g/mol=g,Al4C3的质量分数为×100%,

氨气的质量为(z-y)g,物质的量为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mol×41g/mol=g,故AlN的质量分数为×100%=×100%,

故答案为:×100%;×100%.

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题型:简答题
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简答题

塑化剂DBP(邻苯二甲酸二丁酯)主要应用于PVC等合成材料中作软化剂.反应原理为:

+2CH3CH2CH2CH2OH→+H2O

实验步骤如下:

步骤1:在三颈瓶中放入14.8g邻苯二甲酸酐、25mL正丁醇、4滴浓硫酸,开动搅拌器b(反应装置如图).

步骤2:缓缓加热至邻苯二甲酸酐固体消失,升温至沸腾.

步骤3:等酯化到一定程度时,升温至150℃

步骤4:冷却,将三颈瓶中的液体倒入分漏斗中,用饱和食盐水和5%碳酸钠洗涤.

步骤5:减压蒸馏,收集200~210℃2666Pa馏分,即得DBP产品

(1)浓硫酸的作用______,搅拌器的作用______

(2)反应过程中正丁醇过量的目的是______

(3)图中仪器a的名称是分水器,试分析它的作用:______.步骤3中确定有大量酯生成的依据______

(4)碳酸钠溶液洗涤的目的是______.用减压蒸馏的目的是______

(5)写出正丁醇在135℃生成醚的反应方程式______.写出DBP在氢氧化钠溶液中水解的方程式______

正确答案

解:(1)塑化剂DBP(邻苯二甲酸二丁酯),为CH3CH2CH2CH2OH与邻苯二甲酸酐发生的酯化反应,酯化反应的本质为酸脱羟基、醇脱氢,所以浓硫酸在该反应中作催化剂、脱水剂,为使反应物充分混合而反应,应用搅拌器搅拌,

故答案为:催化剂、脱水剂;使反应物充分混合;

(2)邻苯二甲酸酐、25mL正丁醇、4滴浓硫酸,发生酯化反应生成邻苯二甲酸二丁酯,该反应为可逆反应,增加反应物正丁醇的量可促使反应正向移动,提高另一反应物邻苯二甲酸酐的转化率,

故答案为:增大正丁醇的含量,可促使反应正向移动,增大邻苯二甲酸酐的转化率;

(3)在生成邻苯二甲酸二丁酯的同时生成水,属于可逆反应,a为分水器,可起到冷凝的作用,及时分离出酯化反应生成的水,促使反应正向移动,提高反应产率,确定有大量酯生成的依据是分水其中有大量的水生成,

故答案为:及时分离出酯化反应生成的水,促使反应正向移动;分水其中有大量水生成;

(4)得到酯中含有挥发出的邻苯二甲酸、正丁醇,饱和Na2CO3溶液可溶解正丁醇,中和酸,从而除去产品中的杂质,减压蒸馏可降低有机物的沸点,可以防止有机物脱水碳化,提高产物的纯度,

故答案为:用碳酸钠除去酯中的醇和酸;可以防止有机物脱水碳化,提高产物的纯度;

(5)正丁醇在135℃发生分子间脱水,两分子生成一分子醚,反应为:2CH3CH2CH2CH2OHCH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3+H2O,DBP在氢氧化钠溶液中水解生成邻苯二甲酸钠和正丁醇,反应为:+2NaOH+2CH3CH2CH2CH2OH,

故答案为:2CH3CH2CH2CH2OHCH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3+H2O;+2NaOH+2CH3CH2CH2CH2OH.

解析

解:(1)塑化剂DBP(邻苯二甲酸二丁酯),为CH3CH2CH2CH2OH与邻苯二甲酸酐发生的酯化反应,酯化反应的本质为酸脱羟基、醇脱氢,所以浓硫酸在该反应中作催化剂、脱水剂,为使反应物充分混合而反应,应用搅拌器搅拌,

故答案为:催化剂、脱水剂;使反应物充分混合;

(2)邻苯二甲酸酐、25mL正丁醇、4滴浓硫酸,发生酯化反应生成邻苯二甲酸二丁酯,该反应为可逆反应,增加反应物正丁醇的量可促使反应正向移动,提高另一反应物邻苯二甲酸酐的转化率,

故答案为:增大正丁醇的含量,可促使反应正向移动,增大邻苯二甲酸酐的转化率;

(3)在生成邻苯二甲酸二丁酯的同时生成水,属于可逆反应,a为分水器,可起到冷凝的作用,及时分离出酯化反应生成的水,促使反应正向移动,提高反应产率,确定有大量酯生成的依据是分水其中有大量的水生成,

故答案为:及时分离出酯化反应生成的水,促使反应正向移动;分水其中有大量水生成;

(4)得到酯中含有挥发出的邻苯二甲酸、正丁醇,饱和Na2CO3溶液可溶解正丁醇,中和酸,从而除去产品中的杂质,减压蒸馏可降低有机物的沸点,可以防止有机物脱水碳化,提高产物的纯度,

故答案为:用碳酸钠除去酯中的醇和酸;可以防止有机物脱水碳化,提高产物的纯度;

(5)正丁醇在135℃发生分子间脱水,两分子生成一分子醚,反应为:2CH3CH2CH2CH2OHCH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3+H2O,DBP在氢氧化钠溶液中水解生成邻苯二甲酸钠和正丁醇,反应为:+2NaOH+2CH3CH2CH2CH2OH,

故答案为:2CH3CH2CH2CH2OHCH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3+H2O;+2NaOH+2CH3CH2CH2CH2OH.

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