Question

15．某氮肥硫酸銨中混有硫酸氫銨．為測定該氮肥的含氮量，一化學研究性學習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2NH₄HSO₄+2NaOH═（NH₄）₂SO₄+Na₂SO₄+2H₂O
氫氧化鈉過量時NH₄HSO₄+2NaOH═Na₂SO₄+X+2H₂O
（1）根據(jù)上述信息，回答下列問題：
①氫氧化鈉過量時NH₄HSO₄+2NaOH═Na₂SO₄+X+2H₂O，該反應(yīng)中X的化學式為NH₃．
②“化肥用得巧 莊稼‘身體好’”，下列物質(zhì)可作為植物生長所需肥料的是BCD．
A．CaCl₂    B．Ca₃（PO₄）₂    C．K₂CO₃    D．KNO₃
（2）氨氣是一種無色、有強烈刺激性氣味的氣體，極易溶于水．水溶液呈堿性．實驗室常用加熱氯化銨和熟石灰兩種固體混合物來制取氨氣．某興趣小組的同學設(shè)計如圖1G～J所示裝置對氨氣的制取、性質(zhì)進行探究．

①裝置I中的現(xiàn)象是無色酚酞溶液變紅．②裝置H的作用是防止液體倒流入裝置G中，使試管炸裂．
③根據(jù)氨氣的性質(zhì)，J處應(yīng)選擇的最佳收集裝置為M．（填“K”、“L”或“M”）
（3）同學們設(shè)計的實驗裝置圖如圖2，請回答相關(guān)問題．
①裝置中堿石灰的作用是吸收氨氣中的水蒸氣，廣口瓶內(nèi)四氯化碳的作用是防止倒吸．
②指導老師指出，用該裝置進行實驗，即使氫氧化鈉足量且實驗過程中無氨氣外逸，測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．
（4）同學們改進實驗裝置后（改進裝置圖略），進行如下實驗．
稱取不同質(zhì)量的上述樣品分別與100g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，測得氨氣的質(zhì)量．部分實驗數(shù)據(jù)如下：

氫氧化鈉溶液的質(zhì)量（g）	100
樣品質(zhì)量（g）	7.750	15.50	23.25
氨氣質(zhì)量（g）	1.870	1.870	1.700

請計算（計算結(jié)果保留兩位小數(shù)）：樣品中氮元素的質(zhì)量分數(shù)是19.87%．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)質(zhì)量守恒定律進行分析；②根據(jù)化肥的組成元素分析分析．
（2）根據(jù)實驗室用加熱氯化銨和熟石灰兩種固體的混合物來制取氨氣；制取氣體主要看反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件；收集氣體看氣體的密度與水溶性；濃硫酸具有吸水性，可以做干燥劑．
（3）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；
（4）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，判斷出第一組實驗中氫氧化鈉過量，所有的銨離子都生成了氨氣，根據(jù)氮原子守恒列式計算出樣品中氮元素的質(zhì)量分數(shù)；

解答 解：（1）①根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)前后原子的質(zhì)量和數(shù)目不變，在反應(yīng)NH₄HSO₄+2NaOH═Na₂SO₄+X+2H₂O中，反應(yīng)前N原子1個，H原子7個，S原子1個，O原子5個，Na原子2個；反應(yīng)后H原子4個，S原子1個，O原子5個，Na原子2個；所以X中含有1個N原子，3個H原子，故X為NH₃．
②化肥主要是指含有氮磷鉀的化合物，所以選BCD．
（2）①氨氣是一種無色、有強烈刺激性臭味的氣體，極易溶于水．水溶液呈堿性．能使無色酚酞溶液變紅；
②由于氨氣易溶于水，裝置H的作用是防止液體倒流入裝置G中，使試管炸裂；
③氨氣是一種無色、有強烈刺激性臭味的氣體，為防止氨氣跑到空氣中去，J處應(yīng)選擇的最佳收集裝置為M．
（3）①生成的氨氣中含有水分，用堿石灰吸收氨氣中的水分，
②氨氣極易溶于水，容易發(fā)生倒吸，所以廣口瓶內(nèi)四氯化碳用于防止倒吸，
③用該裝置進行實驗，即使氫氧化鈉足量且實驗過程中無氨氣外泄，由于裝置內(nèi)的氨氣不能完全被稀硫酸吸收，測得的樣品含氮量仍將偏低，
（4）設(shè)氮肥硫酸銨的質(zhì)量分數(shù)為X，則硫酸氫銨的質(zhì)量分數(shù)為（1-X），
從實驗方案的數(shù)據(jù)看出，第一個實驗和第二個實驗中生成的氨氣質(zhì)量相同，說明第一個實驗中氫氧化鈉是過量的，所有銨離子都生產(chǎn)了氨氣，根據(jù)氮元素守恒，$\frac{7.75g×X}{132}×17+\frac{7.75g×（1-X）}{115}$=1.87g
解得：X=0.85g，
即氮肥中硫酸銨的質(zhì)量分數(shù)為85%，硫酸氫銨的質(zhì)量分數(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)量分數(shù)為：$\frac{1.870g×\frac{14}{17}}{7.750g}$×100%=19.87%，
故答案為：（1）①NH₃；②BCD；
（2）①無色酚酞溶液變紅；②防止液體倒流入裝置G中，使試管炸裂；③M；
（3）①吸收氨氣中的水蒸氣；②防止倒吸；③殘留在反應(yīng)裝置中的氨氣未被稀硫酸吸收；
（4）19.87．

點評 本題考查了測定氮肥硫酸銨中氮元素的含量等，題目計算量比較大，需要合理分析、應(yīng)用題中實驗數(shù)據(jù)，得出正確結(jié)論，本題充分考查了所學的分析、理解和綜合計算能力，本題難度稍大．