Question

9．空白實驗分析是化學實驗中常用的一種方法，是指在不加樣品的情況下，用與測定樣品相同的方法、步驟進行定量分析，把所得結(jié)果作為空白值，從樣品的分析結(jié)果中扣除，這樣可以消除由于試劑不純或試劑干擾等所造成的系統(tǒng)誤差．“凱氏定氮法”是經(jīng)典的測定化合物或混合物中總氮量的一種方法．某化學實驗小組成員想通過“凱氏定氮法”實驗測定某品牌化肥中的氮含量．
實驗流程如下：
化肥$→_{加熱}^{輔助試劑}$（NH₄）₂SO₄溶液$→_{吹出}^{NaOH}$NH₃$→_{吸收}^{H_{3}BO_{3}}$（NH₄）₂B₄O₇溶液→用標準鹽酸滴定
步驟：①取10.00g化肥樣品溶于水，定容至100mL；
②在燒杯中加入10.00mL步驟①中得到的化肥水溶液和輔助試劑，加熱使其充分反應(yīng)；
③反應(yīng)完畢，將反應(yīng)液轉(zhuǎn)移到大試管中；
④按如下裝置用水蒸氣將NH₃吹出，并用H₃BO₃溶液吸收（加熱裝置未畫出）；

⑤取下錐形瓶，滴加指示劑，用0.2500mol•L^-1鹽酸標準液滴定；
⑥重復(fù)實驗操作．
數(shù)據(jù)記錄如下：

實驗編號	樣品和輔助試劑	消耗鹽酸體積（mL）
1	10.00mL溶液、0.1g催化劑、20mL濃硫酸	33.18
2	10.00mL溶液、0.1g催化劑、20mL濃硫酸	33.70
3	10.00mL溶液、0.1g催化劑、20mL濃硫酸	33.22
4		x

回答下列問題：
（1）滴定時（NH₄）₂B₄O₇重新轉(zhuǎn)化為H₃BO₃，反應(yīng)的化學方程式為（NH₄）₂B₄O₇+2HCl+5H₂O=4H₃BO₃+2NH₄Cl．H₃BO₃為一元弱酸，在水中發(fā)生反應(yīng)H₃BO₃+H₂O?[B（OH）₄]^-+H⁺．pH相同的硼酸溶液、鹽酸中，水的電離程度前者大（填“前者大”、“后者大”或“相同”）
（2）步驟③的實驗裝置中需要加熱的儀器是圓底燒瓶（填儀器名稱），長導管的作用是防止裝置中壓力過大而發(fā)生危險，防止冷卻時發(fā)生倒吸．
（3）編號為4的實驗應(yīng)加入的樣品和輔助試劑為10.00mL蒸餾水、0.1g催化劑、20mL濃硫酸，理由是空白、等量對照以消除其他試劑、實驗操作等因素引起的誤差．
（4）通過計算可得該化肥中的氮含量為116.2-3.5x克/每千克化肥（用含x的代數(shù)式表示，要求化簡）．

Answer 1

分析 （1）滴加鹽酸（NH₄）₂B₄O₇轉(zhuǎn)化為H₃BO₃，硼的化合價未變化，發(fā)生類似復(fù)分解反應(yīng)，還有氯化銨生成；
（2）用水蒸氣將NH₃吹出，所以加熱圓底燒瓶產(chǎn)生水蒸氣，進入試管中將生成的氨氣吹出；加熱產(chǎn)生水蒸氣，裝置內(nèi)壓強增加，防止裝置中壓力過大而發(fā)生危險，冷卻時防止發(fā)生倒吸，起安全管作用；
（3）依據(jù)編號1、2、3分析可知編號為4的實驗應(yīng)加入的樣品和輔助試劑，實驗組與對照組的無關(guān)變量的影響是相等的，這樣通過空白對照實驗，對比實驗的結(jié)果，排除無關(guān)變量的影響，則可認定為是來自實驗變量的效果，使實驗結(jié)果更有說服力；
（4）根據(jù)N元素守恒，及滴定反應(yīng)找出N原子與HCl的關(guān)系式，根據(jù)關(guān)系式計算，注意鹽酸的體積取3次滴定的平均值減去xml（不含奶時消耗鹽酸的體積為xml）．

解答 解：（1）硼的化合價未變化，發(fā)生類似復(fù)分解反應(yīng)，反應(yīng)方程式為（NH₄）₂B₄O₇+2HCl+5H₂O=4 H₃BO₃+2NH₄Cl，H₃BO₃為一元弱酸，在水中發(fā)生反應(yīng)H₃BO₃+H₂O?[B（OH）₄]^-+H⁺．pH相同的硼酸溶液、鹽酸中，硼酸電離過程可知，硼酸結(jié)合水電離出的氫氧根離子，水電離出氫離子，水的電離程度前者大，
故答案為：（NH₄）₂B₄O₇+2HCl+5H₂O=4H₃BO₃+2NH₄Cl；前者大；   
（2）加熱圓底燒瓶產(chǎn)生水蒸氣，進入試管中將生成的氨氣吹出；加熱產(chǎn)生水蒸氣，裝置內(nèi)壓強增加，長導管防止裝置中壓力過大而發(fā)生危險，冷卻時防止發(fā)生倒吸，起安全管作用，
故答案為：圓底燒瓶；防止裝置中壓力過大而發(fā)生危險，防止冷卻時發(fā)生倒吸；
（3）依據(jù)編號1、2、3分析可知編號為4的實驗應(yīng)加入的樣品和輔助試劑為10.00mL蒸餾水、0.1g催化劑、20mL濃硫酸，空白、等量對照使用目的是消除其他試劑、實驗操作等因素引起的誤差，
故答案為：10.00mL蒸餾水、0.1g催化劑、20mL濃硫酸；空白、等量對照以消除其他試劑、實驗操作等因素引起的誤差；
（4）鹽酸的體積為$\frac{33.18+33.70+33.22}{3}$-xml=（33.34-x）×10^-3L，
  令10ml該液態(tài)奶的含氮量的質(zhì)量為mg，則   
       2N～（NH₄）₂B₄O₇～2HCl
       28g              2mol
       mg              0.2500mol•L^-1×（33.34-x）×10^-3L
所以m=3.5（33.34-x）×10^-3g，
100ml中即10.0g含氮量3.5（33.34-x）×10^-3g×$\frac{100}{10}$=35（33.34-x）×10^-3g
該液態(tài)奶的含氮量為氮量的質(zhì)量=35（33.34-x）×10^-3×$\frac{1000}{10}$g/Kg=116.2-3.5x，
故答案為：116.2-3.5x．

點評 本題知識涉及元素化合物、實驗原理、化學計算、化學儀器的使用等，側(cè)重考查學生對實驗方案理解、元素化合物的知識，難度較大，易錯點為計算液態(tài)奶的含氮量時鹽酸體積應(yīng)為3次滴定的平均值減去xml（不含奶時消耗鹽酸的體積為xml）．