Question

15．某氮肥硫酸铵中混有硫酸氢铵．为测定该氮肥的含氮量，一化学研究性学习小组取一定量氮肥样品，研磨使其混合均匀，备用．已知：
氢氧化钠少量时2NH₄HSO₄+2NaOH═（NH₄）₂SO₄+Na₂SO₄+2H₂O
氢氧化钠过量时NH₄HSO₄+2NaOH═Na₂SO₄+X+2H₂O
（1）根据上述信息，回答下列问题：
①氢氧化钠过量时NH₄HSO₄+2NaOH═Na₂SO₄+X+2H₂O，该反应中X的化学式为NH₃．
②“化肥用得巧 庄稼‘身体好’”，下列物质可作为植物生长所需肥料的是BCD．
A．CaCl₂    B．Ca₃（PO₄）₂    C．K₂CO₃    D．KNO₃
（2）氨气是一种无色、有强烈刺激性气味的气体，极易溶于水．水溶液呈碱性．实验室常用加热氯化铵和熟石灰两种固体混合物来制取氨气．某兴趣小组的同学设计如图1G～J所示装置对氨气的制取、性质进行探究．

①装置I中的现象是无色酚酞溶液变红．②装置H的作用是防止液体倒流入装置G中，使试管炸裂．
③根据氨气的性质，J处应选择的最佳收集装置为M．（填“K”、“L”或“M”）
（3）同学们设计的实验装置图如图2，请回答相关问题．
①装置中碱石灰的作用是吸收氨气中的水蒸气，广口瓶内四氯化碳的作用是防止倒吸．
②指导老师指出，用该装置进行实验，即使氢氧化钠足量且实验过程中无氨气外逸，测得的样品含氮量仍将偏低，其原因可能是残留在反应装置中的氨气未被稀硫酸吸收．
（4）同学们改进实验装置后（改进装置图略），进行如下实验．
称取不同质量的上述样品分别与100g相同浓度的氢氧化钠溶液混合，完全溶解后，加热充分反应（此温度下铵盐不分解），并使生成的氨气全部被稀硫酸吸收，测得氨气的质量．部分实验数据如下：

氢氧化钠溶液的质量（g）	100
样品质量（g）	7.750	15.50	23.25
氨气质量（g）	1.870	1.870	1.700

请计算（计算结果保留两位小数）：样品中氮元素的质量分数是19.87%．

Answer 1

分析 （1）①根据质量守恒定律进行分析；②根据化肥的组成元素分析分析．
（2）根据实验室用加热氯化铵和熟石灰两种固体的混合物来制取氨气；制取气体主要看反应物的状态和反应条件；收集气体看气体的密度与水溶性；浓硫酸具有吸水性，可以做干燥剂．
（3）①碱石灰用于干燥氨气；
②氨气极易溶于水，容易发生倒吸现象；
③反应生成的氨气不能够被稀硫酸完全吸收；
（4）根据实验数据，判断出第一组实验中氢氧化钠过量，所有的铵离子都生成了氨气，根据氮原子守恒列式计算出样品中氮元素的质量分数；

解答 解：（1）①根据质量守恒定律，反应前后原子的质量和数目不变，在反应NH₄HSO₄+2NaOH═Na₂SO₄+X+2H₂O中，反应前N原子1个，H原子7个，S原子1个，O原子5个，Na原子2个；反应后H原子4个，S原子1个，O原子5个，Na原子2个；所以X中含有1个N原子，3个H原子，故X为NH₃．
②化肥主要是指含有氮磷钾的化合物，所以选BCD．
（2）①氨气是一种无色、有强烈刺激性臭味的气体，极易溶于水．水溶液呈碱性．能使无色酚酞溶液变红；
②由于氨气易溶于水，装置H的作用是防止液体倒流入装置G中，使试管炸裂；
③氨气是一种无色、有强烈刺激性臭味的气体，为防止氨气跑到空气中去，J处应选择的最佳收集装置为M．
（3）①生成的氨气中含有水分，用碱石灰吸收氨气中的水分，
②氨气极易溶于水，容易发生倒吸，所以广口瓶内四氯化碳用于防止倒吸，
③用该装置进行实验，即使氢氧化钠足量且实验过程中无氨气外泄，由于装置内的氨气不能完全被稀硫酸吸收，测得的样品含氮量仍将偏低，
（4）设氮肥硫酸铵的质量分数为X，则硫酸氢铵的质量分数为（1-X），
从实验方案的数据看出，第一个实验和第二个实验中生成的氨气质量相同，说明第一个实验中氢氧化钠是过量的，所有铵离子都生产了氨气，根据氮元素守恒，$\frac{7.75g×X}{132}×17+\frac{7.75g×（1-X）}{115}$=1.87g
解得：X=0.85g，
即氮肥中硫酸铵的质量分数为85%，硫酸氢铵的质量分数为15%，
根据氮原子守恒：氮原子的物质的量就等于氨气的物质的量，
所以样品中氮元素的质量分数为：$\frac{1.870g×\frac{14}{17}}{7.750g}$×100%=19.87%，
故答案为：（1）①NH₃；②BCD；
（2）①无色酚酞溶液变红；②防止液体倒流入装置G中，使试管炸裂；③M；
（3）①吸收氨气中的水蒸气；②防止倒吸；③残留在反应装置中的氨气未被稀硫酸吸收；
（4）19.87．

点评 本题考查了测定氮肥硫酸铵中氮元素的含量等，题目计算量比较大，需要合理分析、应用题中实验数据，得出正确结论，本题充分考查了所学的分析、理解和综合计算能力，本题难度稍大．