Question

14．某氮肥硫酸銨中混有硫酸氫銨．為測(cè)定該氮肥的含氮量，一化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組取一定量氮肥樣品，研磨使其混合均勻，備用．已知：
氫氧化鈉少量時(shí)2NH₄HSO₄+2NaOH=（NH₄）₂SO₄+Na₂SO₄+2H₂O
氫氧化鈉過(guò)量時(shí)NH₄HSO₄+2NaOH=Na₂SO₄+NH₃↑+2H₂O
（1）同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置圖如下，請(qǐng)回答相關(guān)問(wèn)題．
①裝置中堿石灰的作用是吸收氨氣中的水蒸氣．
②廣口瓶?jī)?nèi)四氯化碳的作用是防止倒吸．
③指導(dǎo)老師指出，用該裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即使氫氧化鈉足量且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中無(wú)氨氣外逸，測(cè)得的樣品含氮量仍將偏低，其原因可能是殘留在反應(yīng)裝置中的氨氣未被稀硫酸吸收．
（2）同學(xué)們改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置后（改進(jìn)裝置圖略），進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)．稱(chēng)取不同質(zhì)量的上述樣品分別與40.00mL相同濃度的氫氧化鈉溶液混合，完全溶解后，加熱充分反應(yīng)（此溫度下銨鹽不分解），并使生成的氨氣全部被稀硫酸吸收，測(cè)得氨氣的質(zhì)量．部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

氫氧化鈉溶液/mL	40.00
樣品質(zhì)量/g	7.750	15.50	23.25
氨氣質(zhì)量/g	1.870	1.870	1.700

請(qǐng)計(jì)算（計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù)）：
①樣品中氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是19.87%．
②所用氫氧化鈉溶液的物質(zhì)的量濃度為3.25 mol/L．
③若樣品質(zhì)量為31.00g，則生成氨氣的質(zhì)量為1.53 g．

Answer 1

分析 （1）①堿石灰用于干燥氨氣；
②氨氣極易溶于水，容易發(fā)生倒吸現(xiàn)象；
③反應(yīng)生成的氨氣不能夠被稀硫酸完全吸收；
（2）①根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，判斷出第一組實(shí)驗(yàn)中氫氧化鈉過(guò)量，所有的銨離子都生成了氨氣，根據(jù)氮原子守恒列式計(jì)算出樣品中氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
②根據(jù)第一組數(shù)據(jù)計(jì)算出硫酸銨和硫酸氫銨的含量，再根據(jù)第二組中所有的氫氧化鈉都參與了反應(yīng)，即氫氧化鈉不足，計(jì)算出氫氧化鈉的濃度；
③根據(jù)氫氧化鈉的物質(zhì)的量和樣品中硫酸氫鈉的物質(zhì)的量，計(jì)算出生成的氨氣的物質(zhì)的量及質(zhì)量．

解答 （1）①生成的氨氣中含有水分，用堿石灰吸收氨氣中的水分，
故答案為：吸收氨氣中的水蒸氣；
②氨氣極易溶于水，容易發(fā)生倒吸，所以廣口瓶?jī)?nèi)四氯化碳用于防止倒吸，
故答案為：防止倒吸；
③用該裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即使氫氧化鈉足量且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中無(wú)氨氣外泄，由于裝置內(nèi)的氨氣不能完全被稀硫酸吸收，測(cè)得的樣品含氮量仍將偏低，
故答案為：殘留在反應(yīng)裝置中的氨氣未被稀硫酸吸收；
（2）①設(shè)氮肥硫酸銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為X，則硫酸氫銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（1-X），
從實(shí)驗(yàn)方案的數(shù)據(jù)看出，第一個(gè)實(shí)驗(yàn)和第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中生成的氨氣質(zhì)量相同，說(shuō)明第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中氫氧化鈉是過(guò)量的，所有銨離子都生產(chǎn)了氨氣，根據(jù)氮元素守恒，$\frac{7.75×X}{132}$×17+$\frac{7.75×（1-X）}{115}$=1.87
解得：X=0.85，
即氮肥中硫酸銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%，硫酸氫銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，
根據(jù)氮原子守恒：氮原子的物質(zhì)的量就等于氨氣的物質(zhì)的量，
所以樣品中氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{\frac{1.87}{17}×14}{7.75}$×100%=19.87%，
故答案為：19.87；
②假如第二個(gè)實(shí)驗(yàn)方案中氫氧化鈉是過(guò)量的，則生成氨氣質(zhì)量為：$\frac{15.50×0.85}{132}$+$\frac{15.50×0.15}{115}$≈3.74g＞1.87g，
這說(shuō)明第二個(gè)實(shí)驗(yàn)方案中，氫氧化鈉的物質(zhì)的量不足，氫氧化鈉反應(yīng)完硫酸氫銨中的氫離子后全部生成硫酸銨，剩余的氫氧根離子不足以將全部銨根離子反應(yīng)溢出，而是只反應(yīng)了一部分硫酸銨，放出了1.87g氨氣；
根據(jù)反應(yīng)方程式：2NH₄HSO₄+2NaOH=（NH₄）₂SO₄+Na₂SO₄+2H₂O，（NH₄）₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2NH₃↑+2H₂O，
加入的氫氧化鈉的物質(zhì)的量為：n（NH₄HSO₄）+n（NH₃）=$\frac{15.5×0.15}{115}$mol+$\frac{1.87}{17}$mol≈0.13mol，
氫氧化鈉溶液的濃度為：$\frac{0.13mol}{0.04L}$=3.25mol/L，
故答案為：3.25；
③若樣品質(zhì)量為31g，則加入的氫氧化鈉物質(zhì)的量還是0.13mol，
根據(jù)反應(yīng)方程式：2NH₄HSO₄+2NaOH=（NH₄）₂SO₄+Na₂SO₄+2H₂O，
反應(yīng)中硫酸氫銨消耗的氫氧化鈉的物質(zhì)的量為：$\frac{31×0.15}{115}$mol=0.04mol，
剩下的氫氧化鈉物質(zhì)的量為：0.13mol-0.04mol=0.09mol，
根據(jù)反應(yīng)方程式：（NH₄）₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2NH₃↑+2H₂O，生成的氨氣的物質(zhì)的量為：0.09mol，
所以生成的氨氣的質(zhì)量為：17g/mol×0.09mol=1.53g，
故答案為：1.53．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了測(cè)定氮肥硫酸銨中氮元素的含量，題目計(jì)算量比較大，需要合理分析、應(yīng)用題中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出正確結(jié)論，本題充分考查了所學(xué)的分析、理解和綜合計(jì)算能力，本題難度稍大．