Question

9．“凯氏定氮法”是测定化合物或混合物中总氮量的一种方法．近来，尿素化肥“金坷垃”在互联网上爆红．红星中学的化学实验小组成员想通过“凯氏定氮法”实验测定化肥“金坷垃”中的实际尿素含量，已检验它是否确实有网上所说的神奇功效．
实验流程如下：
金坷垃$→_{加热}^{辅助试剂}$（NH₄）₂SO₄溶液$→_{吹出}^{NaOH}$NH₃$→_{吸收}^{H_{3}BO_{3}}$（NH₄）₂B₄O₇溶液→用标准盐酸滴定
步骤：①取10.00g“金坷垃”尿素[CO（NH₂）₂]化肥溶于水，定容至100mL；
②在烧杯中加入10.00mL步骤①中得到的金坷垃水溶液和辅助试剂，加热充分反应；
③将反应液转移到大试管中；
④按如图2装置用水蒸气将NH₃吹出，并用H₃BO₃溶液吸收（加热装置未画出）；

⑤取下锥形瓶，滴加指示剂，用0.2500mol•L^-1盐酸标准液滴定；
⑥重复实验操作．
数据记录如表1：
表1

实验编号	样品和辅助试剂	消耗盐酸体积（mL）
1	10.00mL溶液、0.2g催化剂、20mL浓硫酸	33.45
2	10.00mL溶液、0.2g催化剂、20mL浓硫酸	33.90
3	10.00mL溶液、0.2g催化剂、20mL浓硫酸	33.50
4		x

回答下列问题：
（1）滴定时（NH₄）₂B₄O₇重新转化为H₃BO₃，反应的化学方程式为（NH₄）₂B₄O₇+2HCl+5H₂O=4H₃BO₃+2NH₄Cl．
（2）步骤③的实验装置中需要加热的仪器是圆底烧瓶（填仪器名称），长导管的作用是作为安全管，防止装置中压力过大而发生危险；防止冷却时发生倒吸．
（3）编号为4的实验应加入的样品和辅助试剂为10.00mL蒸馏水、0.2g催化剂、20mL浓硫酸，理由是空白、等量对照以消除其他试剂、实验操作等因素引起的误差．
（4）通过计算可得“金坷垃”化肥中的氮含量为117.67-3.5x克/每千克化肥（用含x的代数式表示，要求化简）．我国农业用尿素的标准为：
表2

级别	优等品	一等品	合格品
总尿素含量%≥	46.4	46.2	46.0

总尿素含量低于46.0%的为不合格品．若x=2.77，则根据上述测定，可以确定“金坷垃”尿素化肥属于不合格品级别．

Answer 1

分析 （1）滴加盐酸（NH₄）₂B₄O₇转化为H₃BO₃，硼的化合价未变化，发生类似复分解反应，还有氯化铵生成；
（2）用水蒸气将NH₃吹出，所以加热圆底烧瓶产生水蒸气，进入试管中将生成的氨气吹出；加热产生水蒸气，装置内压强增加，防止装置中压力过大而发生危险，冷却时防止发生倒吸，起安全管作用；
（3）依据编号1、2、3分析可知编号为4的实验应加入的样品和辅助试剂，实验组与对照组的无关变量的影响是相等的，这样通过空白对照实验，对比实验的结果，排除无关变量的影响，则可认定为是来自实验变量的效果，使实验结果更有说服力；
（4）根据N元素守恒，及滴定反应找出N原子与HCl的关系式，根据关系式计算，注意盐酸的体积取3次滴定的平均值减去xml；若x=2.77得到氮元素含量，转化为尿素含量分析判断，总尿素含量低于46.0%的为不合格品．

解答 解：（1）硼的化合价未变化，发生类似复分解反应，反应方程式为（NH₄）₂B₄O₇+2HCl+5H₂O=4 H₃BO₃+2NH₄Cl，H₃BO₃为一元弱酸，在水中发生反应H₃BO₃+H₂O?[B（OH）₄]^-+H⁺．
故答案为：（NH₄）₂B₄O₇+2HCl+5H₂O=4H₃BO₃+2NH₄Cl；  
（2）加热圆底烧瓶产生水蒸气，进入试管中将生成的氨气吹出；加热产生水蒸气，装置内压强增加，长导管防止装置中压力过大而发生危险，冷却时防止发生倒吸，起安全管作用，
故答案为：圆底烧瓶；作为安全管，防止装置中压力过大而发生危险；防止冷却时发生倒吸；
（3）依据编号1、2、3分析可知编号为4的实验应加入的样品和辅助试剂为10.00mL蒸馏水、0.2g催化剂、20mL浓硫酸，空白、等量对照使用目的是消除其他试剂、实验操作等因素引起的误差，
故答案为：10.00mL蒸馏水、0.2g催化剂、20mL浓硫酸；空白、等量对照以消除其他试剂、实验操作等因素引起的误差；
（4）盐酸的体积为$\frac{33.45+33.90+33.50}{3}$-xml=（33.62-x）×10^-3L，
令10ml该液态奶的含氮量的质量为mg，则   
       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
含氮量的质量=35（33.62-x）×10^-3×$\frac{1000}{10}$g/Kg=117.67-3.5x，
若x=2.77，则肥中的氮含量117.67-3.5×2.77=107.975g/1000g
100g含氮元素10.7975g，转化为尿素质量含量=$\frac{10.7975g}{14g/mol}$×$\frac{1}{2}$×60g/mol=23.1g，则尿素含量＜46%，是不合格品，
故答案为：117.67-3.5x；不合格品．

点评 本题知识涉及元素化合物、实验原理、化学计算、化学仪器的使用等，侧重考查学生对实验方案理解、元素化合物的知识，难度较大．