Question

某農(nóng)資商店出售一種化肥，其有效成分為氯化銨（雜質(zhì)中不含氮元素，且雜質(zhì)均不與鹽酸或氫氧化鈉溶液反應），現(xiàn)一研究性學習小組欲測定該種化肥中氮元素的質(zhì)量分數(shù)，設計了兩種實驗方案：
方案一 實驗原理：取一定質(zhì)量該化肥加入足量NaOH溶液并加熱，測定產(chǎn)生NH₃的質(zhì)量．現(xiàn)用下列儀器組裝一套實驗裝置：

請回答下列問題：
（1）上述裝置按氣流的連接順序為（用裝置序號表示）

 

．
（2）組裝好儀器，檢查裝置氣密性，添加好試劑，關閉活塞a，向裝有化肥的容器內(nèi)加入足量的NaOH溶液然后對容器進行加熱，待容器中不再產(chǎn)生氣體時，還必須緊接著進行的一步操作是

 

，上述操作中若不加熱導致實驗的最終結(jié)果是

 

．
方案二 設計實驗步驟如下：
①配制1.00mol/L的HCl溶液和1.00mol/L的NaOH溶液；
②每次取1.00g此化肥樣品，溶于20mL蒸餾水中；
③加入30.00mL1.00mol/L的NaOH溶液，將反應后的溶液加熱煮沸約1分鐘，冷卻至常溫；
④以酚酞為指示劑，用1.00mol/L的HCl溶液滴定，達到滴定終點用去V[HCl（aq）]/mL；
⑤重復②③④步操作2次；測得的數(shù)據(jù)如下表：

實驗序號	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
V[HCl（aq）]/mL	11.95	12.50	12.05

⑥記錄整理實驗所得數(shù)據(jù)，計算該化肥中氮元素的質(zhì)量分數(shù)．
請回答下列問題：
（3）下列儀器中，配制鹽酸和氫氧化鈉溶液都能用到的有（填序號）

 

．
A．玻璃棒  B．托盤天平  C．燒杯   D．藥題      E．滴定管　　F．容量瓶
（4）步驟④中判斷滴定終點的方法是

 

．
（5）步驟⑤的實驗目的是

 

．
（6）該化肥樣品中氮元素的質(zhì)量分數(shù)為

 

．（計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

Answer 1

分析：（1）根據(jù)實驗原理先選擇最佳的發(fā)生裝置，然后根據(jù)實驗目的測定產(chǎn)生NH₃的質(zhì)量完成裝置連接；
（2）根據(jù)裝置A、B中有殘留的氨氣分析；根據(jù)氨氣的質(zhì)量減少分析對實驗的最終結(jié)果產(chǎn)生的影響；
（3）根據(jù)配制鹽酸和氫氧化鈉過程分析都能用到的儀器；
（4）根據(jù)滴定結(jié)束前溶液為紅色，滴定結(jié)束時溶液為無色進行判斷滴定終點；
（5）反復操作目的避免偶然性因素，減小測定誤差；
（6）先判斷滴定數(shù)據(jù)的有效性，然后根據(jù)有效的鹽酸體積計算出消耗鹽酸的平均體積，再根據(jù)氫氧化鈉與氯化氫、氯化銨的反應計算出氯化銨的物質(zhì)的量，最后計算出該化肥樣品中氮元素的質(zhì)量分數(shù)．

解答：解：（1）實驗原理為化肥中加入足量NaOH溶液并加熱，測定產(chǎn)生NH₃的質(zhì)量，完了使測量結(jié)果更準確，反應發(fā)生裝置應該選擇能夠加熱、帶有活塞的裝置A，然后用堿石灰干燥后使用D氯化鈣吸收，避免空氣中的水分影響測量結(jié)果，裝置D末端連接裝有濃硫酸的裝置F，所以連接順序為：A→E→D→F，
故答案為：A→E→D→F；
（2）組裝好儀器，檢查裝置氣密性，添加好試劑，關閉活塞a，向裝有化肥的容器內(nèi)加入足量的NaOH溶液然后對容器進行加熱，待容器中不再產(chǎn)生氣體時，還必須緊接著進行的一步操作是：打開活塞a，向裝置內(nèi)緩緩鼓入空氣，使裝置中的氨氣盡可能被完全吸收；由于氨氣極易溶于水，上述操作中若不加熱導致測量的氨氣的質(zhì)量減小，實驗的最終使測得氮的含量偏低，
故答案為：打開活塞a，向裝置內(nèi)緩緩鼓入空氣；使測得氮的含量偏低；
（3）配制鹽酸溶液使用的儀器有：量筒、燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、容量瓶等，配制氫氧化鈉溶液使用的儀器有：托盤天平、燒杯、藥匙、膠頭滴管、玻璃棒、容量瓶，所以配制鹽酸和氫氧化鈉溶液都能用到的有：燒杯、玻璃棒、容量瓶、膠頭滴管，
故選ACF；
（4）滴定結(jié)束前，氫氧化鈉溶液滴入酚酞，溶液為紅色，滴定結(jié)束是溶液變成無色，所以滴定終點現(xiàn)象為：溶液由紅色褪為無色且半分鐘不復色，
故答案為：溶液由紅色褪為無色且半分鐘不復色；
（5）重復②③④步操作2次，目的是減小實驗誤差，使測定結(jié)果更準確，
故答案為：減小誤差，提高實驗結(jié)果的準確度；
（6）根據(jù)三組數(shù)據(jù)可知，第二次滴定數(shù)據(jù)誤差過大，應該舍棄，其它兩次滴定消耗鹽酸的平均體積為：

11.95+12.05

2

=12.00mL，含有氯化氫的物質(zhì)的量為：1.00mol/L×0.012L=0.012mol；30.00mL1.00mol/L的NaOH溶液中含有氫氧化鈉的物質(zhì)的量為：1.00mol/L×0.03L=0.03mol，
所以化肥氯化銨消耗的氫氧化鈉的物質(zhì)的量為：0.03mol-0.012mol=0.018mol，則氯化銨的物質(zhì)的量為：n（NH₄Cl）=n（NaOH）=0.018mol，
該化肥樣品中氮元素的質(zhì)量分數(shù)為：

14g/mol×0.018mol

1.00g

×100%=25.2%，
故答案為：25.2%．

點評：本題考查探究物質(zhì)的組成、測量物質(zhì)的含量，涉及了基本實驗操作以及有關計算，該題是高考中的常見題型，屬于中等難度的試題．試題綜合性強，側(cè)重對學生能力的培養(yǎng)和訓練，有利于培養(yǎng)學生規(guī)范嚴謹?shù)膶嶒炘O計、操作能力．該類試題主要是以常見儀器的選用、實驗基本操作為中心，通過是什么、為什么和怎樣做重點考查實驗基本操作的規(guī)范性和準確性及靈活運用知識解決實際問題的能力．該類試題綜合性強，理論和實踐的聯(lián)系緊密，有的還提供一些新的信息，這就要求學生必須認真、細致的審題，聯(lián)系所學過的知識和技能，進行知識的類比、遷移、重組，全面細致的思考才能得出正確的結(jié)論．