Question

9．“凱氏定氮法”是測(cè)定化合物或混合物中總氮量的一種方法．近來(lái)，尿素化肥“金坷垃”在互聯(lián)網(wǎng)上爆紅．紅星中學(xué)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)小組成員想通過(guò)“凱氏定氮法”實(shí)驗(yàn)測(cè)定化肥“金坷垃”中的實(shí)際尿素含量，已檢驗(yàn)它是否確實(shí)有網(wǎng)上所說(shuō)的神奇功效．
實(shí)驗(yàn)流程如下：
金坷垃$→_{加熱}^{輔助試劑}$（NH₄）₂SO₄溶液$→_{吹出}^{NaOH}$NH₃$→_{吸收}^{H_{3}BO_{3}}$（NH₄）₂B₄O₇溶液→用標(biāo)準(zhǔn)鹽酸滴定
步驟：①取10.00g“金坷垃”尿素[CO（NH₂）₂]化肥溶于水，定容至100mL；
②在燒杯中加入10.00mL步驟①中得到的金坷垃水溶液和輔助試劑，加熱充分反應(yīng)；
③將反應(yīng)液轉(zhuǎn)移到大試管中；
④按如圖2裝置用水蒸氣將NH₃吹出，并用H₃BO₃溶液吸收（加熱裝置未畫(huà)出）；

⑤取下錐形瓶，滴加指示劑，用0.2500mol•L^-1鹽酸標(biāo)準(zhǔn)液滴定；
⑥重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作．
數(shù)據(jù)記錄如表1：
表1

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	樣品和輔助試劑	消耗鹽酸體積（mL）
1	10.00mL溶液、0.2g催化劑、20mL濃硫酸	33.45
2	10.00mL溶液、0.2g催化劑、20mL濃硫酸	33.90
3	10.00mL溶液、0.2g催化劑、20mL濃硫酸	33.50
4		x

回答下列問(wèn)題：
（1）滴定時(shí)（NH₄）₂B₄O₇重新轉(zhuǎn)化為H₃BO₃，反應(yīng)的化學(xué)方程式為（NH₄）₂B₄O₇+2HCl+5H₂O=4H₃BO₃+2NH₄Cl．
（2）步驟③的實(shí)驗(yàn)裝置中需要加熱的儀器是圓底燒瓶（填儀器名稱(chēng)），長(zhǎng)導(dǎo)管的作用是作為安全管，防止裝置中壓力過(guò)大而發(fā)生危險(xiǎn)；防止冷卻時(shí)發(fā)生倒吸．
（3）編號(hào)為4的實(shí)驗(yàn)應(yīng)加入的樣品和輔助試劑為10.00mL蒸餾水、0.2g催化劑、20mL濃硫酸，理由是空白、等量對(duì)照以消除其他試劑、實(shí)驗(yàn)操作等因素引起的誤差．
（4）通過(guò)計(jì)算可得“金坷垃”化肥中的氮含量為117.67-3.5x克/每千克化肥（用含x的代數(shù)式表示，要求化簡(jiǎn)）．我國(guó)農(nóng)業(yè)用尿素的標(biāo)準(zhǔn)為：
表2

級(jí)別	優(yōu)等品	一等品	合格品
總尿素含量%≥	46.4	46.2	46.0

總尿素含量低于46.0%的為不合格品．若x=2.77，則根據(jù)上述測(cè)定，可以確定“金坷垃”尿素化肥屬于不合格品級(jí)別．

Answer 1

分析 （1）滴加鹽酸（NH₄）₂B₄O₇轉(zhuǎn)化為H₃BO₃，硼的化合價(jià)未變化，發(fā)生類(lèi)似復(fù)分解反應(yīng)，還有氯化銨生成；
（2）用水蒸氣將NH₃吹出，所以加熱圓底燒瓶產(chǎn)生水蒸氣，進(jìn)入試管中將生成的氨氣吹出；加熱產(chǎn)生水蒸氣，裝置內(nèi)壓強(qiáng)增加，防止裝置中壓力過(guò)大而發(fā)生危險(xiǎn)，冷卻時(shí)防止發(fā)生倒吸，起安全管作用；
（3）依據(jù)編號(hào)1、2、3分析可知編號(hào)為4的實(shí)驗(yàn)應(yīng)加入的樣品和輔助試劑，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的無(wú)關(guān)變量的影響是相等的，這樣通過(guò)空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)，對(duì)比實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，排除無(wú)關(guān)變量的影響，則可認(rèn)定為是來(lái)自實(shí)驗(yàn)變量的效果，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更有說(shuō)服力；
（4）根據(jù)N元素守恒，及滴定反應(yīng)找出N原子與HCl的關(guān)系式，根據(jù)關(guān)系式計(jì)算，注意鹽酸的體積取3次滴定的平均值減去xml；若x=2.77得到氮元素含量，轉(zhuǎn)化為尿素含量分析判斷，總尿素含量低于46.0%的為不合格品．

解答 解：（1）硼的化合價(jià)未變化，發(fā)生類(lèi)似復(fù)分解反應(yīng)，反應(yīng)方程式為（NH₄）₂B₄O₇+2HCl+5H₂O=4 H₃BO₃+2NH₄Cl，H₃BO₃為一元弱酸，在水中發(fā)生反應(yīng)H₃BO₃+H₂O?[B（OH）₄]^-+H⁺．
故答案為：（NH₄）₂B₄O₇+2HCl+5H₂O=4H₃BO₃+2NH₄Cl；  
（2）加熱圓底燒瓶產(chǎn)生水蒸氣，進(jìn)入試管中將生成的氨氣吹出；加熱產(chǎn)生水蒸氣，裝置內(nèi)壓強(qiáng)增加，長(zhǎng)導(dǎo)管防止裝置中壓力過(guò)大而發(fā)生危險(xiǎn)，冷卻時(shí)防止發(fā)生倒吸，起安全管作用，
故答案為：圓底燒瓶；作為安全管，防止裝置中壓力過(guò)大而發(fā)生危險(xiǎn)；防止冷卻時(shí)發(fā)生倒吸；
（3）依據(jù)編號(hào)1、2、3分析可知編號(hào)為4的實(shí)驗(yàn)應(yīng)加入的樣品和輔助試劑為10.00mL蒸餾水、0.2g催化劑、20mL濃硫酸，空白、等量對(duì)照使用目的是消除其他試劑、實(shí)驗(yàn)操作等因素引起的誤差，
故答案為：10.00mL蒸餾水、0.2g催化劑、20mL濃硫酸；空白、等量對(duì)照以消除其他試劑、實(shí)驗(yàn)操作等因素引起的誤差；
（4）鹽酸的體積為$\frac{33.45+33.90+33.50}{3}$-xml=（33.62-x）×10^-3L，
令10ml該液態(tài)奶的含氮量的質(zhì)量為mg，則   
       2N～（NH₄）₂B₄O₇～2HCl
       28g              2mol
       mg              0.2500mol•L^-1×（33.62-x）×10^-3L
所以m=3.5（33.62-x）×10^-3g，
100ml中即10.0g含氮量3.5（33.62-x）×10^-3g×$\frac{100}{10}$=35（33.62-x）×10^-3g
含氮量的質(zhì)量=35（33.62-x）×10^-3×$\frac{1000}{10}$g/Kg=117.67-3.5x，
若x=2.77，則肥中的氮含量117.67-3.5×2.77=107.975g/1000g
100g含氮元素10.7975g，轉(zhuǎn)化為尿素質(zhì)量含量=$\frac{10.7975g}{14g/mol}$×$\frac{1}{2}$×60g/mol=23.1g，則尿素含量＜46%，是不合格品，
故答案為：117.67-3.5x；不合格品．

點(diǎn)評(píng) 本題知識(shí)涉及元素化合物、實(shí)驗(yàn)原理、化學(xué)計(jì)算、化學(xué)儀器的使用等，側(cè)重考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案理解、元素化合物的知識(shí)，難度較大．