题目内容

14．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+NH3↑+2H2O
（1）同学们设计的实验装置图如下，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．
②广口瓶内四氯化碳的作用是防止倒吸．
③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．
（2）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40.00mL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/mL40.00
样品质量/g7.75015.5023.25
氨气质量/g1.8701.8701.700
请计算（计算结果保留两位小数）：
①样品中氮元素的质量分数是19.87%．
②所用氢氧化钠溶液的物质的量浓度为3.25 mol/L．
③若样品质量为31.00g，则生成氨气的质量为1.53 g．

分析 （1）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；
（2）①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；
②根据第一组数据计算出硫酸铵和硫酸氢铵的含量，再根据第二组中所有的氢氧化钠都参与了反应，即氢氧化钠不足，计算出氢氧化钠的浓度；
③根据氢氧化钠的物质的量和样品中硫酸氢钠的物质的量，计算出生成的氨气的物质的量及质量．

解答 （1）①生成的氨气中含有水分，用碱石灰吸收氨气中的水分，
故答案为：吸收氨气中的水蒸气；
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，
故答案为：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，
故答案为：残留在反应装置中的氨气未被稀硫酸吸收；
（2）①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，$\frac{7.75×X}{132}$×17+$\frac{7.75×（1-X）}{115}$=1.87
解得：X=0.85，
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：$\frac{\frac{1.87}{17}×14}{7.75}$×100%=19.87%，
故答案为：19.87；
②假如第二个实验方案中氢氧化钠是过量的，则生成氨气质量为：$\frac{15.50×0.85}{132}$+$\frac{15.50×0.15}{115}$≈3.74g＞1.87g，
这说明第二个实验方案中，氢氧化钠的物质的量不足，氢氧化钠反应完硫酸氢铵中的氢离子后全部生成硫酸铵，剩余的氢氧根离子不足以将全部铵根离子反应溢出，而是只反应了一部分硫酸铵，放出了1.87g氨气；
根据反应方程式：2NH4HSO4+2NaOH=（NH4）2SO4+Na2SO4+2H2O，（NH4）2SO4+2NaOH=Na2SO4+2NH3↑+2H2O，
加入的氢氧化钠的物质的量为：n（NH4HSO4）+n（NH3）=$\frac{15.5×0.15}{115}$mol+$\frac{1.87}{17}$mol≈0.13mol，
氢氧化钠溶液的浓度为：$\frac{0.13mol}{0.04L}$=3.25mol/L，
故答案为：3.25；
③若样品质量为31g，则加入的氢氧化钠物质的量还是0.13mol，
根据反应方程式：2NH4HSO4+2NaOH=（NH4）2SO4+Na2SO4+2H2O，
反应中硫酸氢铵消耗的氢氧化钠的物质的量为：$\frac{31×0.15}{115}$mol=0.04mol，
剩下的氢氧化钠物质的量为：0.13mol-0.04mol=0.09mol，
根据反应方程式：（NH4）2SO4+2NaOH=Na2SO4+2NH3↑+2H2O，生成的氨气的物质的量为：0.09mol，
所以生成的氨气的质量为：17g/mol×0.09mol=1.53g，
故答案为：1.53．

点评 本题考查了测定氮肥硫酸铵中氮元素的含量，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．

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