Question

【題目】(NH4)2Cr2O7用于有機合成催化劑，媒染劑，顯影液等。某化學興趣小組對(NH4)2Cr2O7的部分性質(zhì)及組成進行探究。已知：Cr2O72－(橙色)+H2O2CrO42－(黃色)+2H+。回答下列問題：

（1）在試管中加入少量(NH4)2Cr2O7固體，滴加足量濃KOH溶液，振蕩、微熱，觀察到的主要現(xiàn)象是固體溶解、__________、__________。

（2）為探究(NH4)2Cr2O7 (摩爾質(zhì)量252g/mol)的分解產(chǎn)物，按下圖連接好裝置，在A中加入5.040g樣品進行實驗。

①儀器B的名稱是__________。

②加熱A至恒重，觀察到D中溶液不變色，同時測得A、B中質(zhì)量變化分別為2.00g、1.44g，寫出重鉻酸銨加熱分解反應的化學方程式____________________。

③C的作用是__________。

（3）實驗室常用甲醛法測定含(NH4)2Cr2O7的樣品中氮的質(zhì)量分數(shù)，其反應原理為：2Ba2++Cr2O72－+H2O=2BaCrO4↓+2H+、 4NH4++6HCHO =3H++6H2O+(CH2)6N4H+[滴定時，1mol(CH2)6N4H+與1molH+相當]，然后用NaOH標準溶液滴定反應生成的酸。

實驗步驟：稱取樣品2.800g，配成250mL溶液，移取25.00mL樣品溶液于250mL錐形瓶中，用氯化鋇溶液使Cr2O72－完全沉淀后，加入10mL20%的中性甲醛溶液，搖勻、靜置5min后，加入1～2滴酚酞試液，用0.200 mol·L－1 NaOH標準溶液滴定至終點。重復上述操作3次。

①堿式滴定管用蒸餾水洗滌后，直接加入NaOH標準溶液進行滴定，則滴定時用去NaOH標準溶液的體積__________ (填“偏大”、“偏小”或“無影響”)；滴定時邊滴邊搖動錐形瓶，眼睛應觀察__________。

②滴定結果如下表所示

該樣品中氮的質(zhì)量分數(shù)為__________。

Answer 1

【答案】有刺激性氣味氣體放出 溶液變?yōu)辄S色 U形管 (NH4)2Cr2O7 Cr2O3+N2↑+4H2O 防止水蒸氣進入到B中 偏大 錐形瓶內(nèi)溶液顏色的變化 10.00%

【解析】

(1)根據(jù)NH4+與堿反應生成氨氣，以及Cr2O72－(橙色)+H2O2CrO42－(黃色)+2H+平衡移動解答。

(2)根據(jù)重鉻酸銨的元素組成和元素化合價的變化，判斷可能的產(chǎn)物。再根據(jù)實驗現(xiàn)象及玻璃管A和U形管B的質(zhì)量變化確定分解產(chǎn)物及產(chǎn)物的物質(zhì)的量，進而確定參加反應的各物質(zhì)的計量關系，據(jù)此寫出重鉻酸鉀分解反應的化學方程式。

(3)由甲醛法測定樣品中氮的質(zhì)量分數(shù)的反應原理可知，1mol(NH4)2Cr2O7能產(chǎn)生4molH+，其中2molH+是由2molNH4+生成的，NH4+產(chǎn)生的H+消耗的NaOH的量占消耗NaOH的總量，所以每摩爾氮原子產(chǎn)生的H+消耗1molNaOH，據(jù)此分析計算。

(1)(NH4)2Cr2O7固體溶解于水，溶液呈橙色，當?shù)渭幼懔繚?/span>KOH溶液時，NH4++OH-=NH3↑+H2O，H++OH-=H2O，溶液中H+濃度減小，使平衡Cr2O72－(橙色)+H2O2CrO42－(黃色)+2H+向正反應方向移動，所以觀察到的主要現(xiàn)象除固體溶解外，還有刺激性氣味氣體放出，溶液變?yōu)辄S色。

(2)①儀器B的名稱是U形管。②因堿石灰不能吸收NH3，而D中酚酞溶液不變色，說明重鉻酸銨分解無氨氣產(chǎn)生。B中堿石灰質(zhì)量增加，說明有水蒸氣生成（質(zhì)量為1.44g）。但B中增加的質(zhì)量（1.44g）小于A中減小的質(zhì)量（2.00g），說明重鉻酸銨分解產(chǎn)生的氣體中除水蒸氣外還有另外氣體，該氣體不能被堿石灰吸收，結合-3價氮的還原性和+6價鉻的氧化性推測該氣體是氮氣，n(N2)= =0.02mol，生成0.02molN2時-3價氮元素失去的電子物質(zhì)的量=0.02mol×6e-=0.12mole-，又因A中樣品n[(NH4)2Cr2O7]= =0.02mol，根據(jù)氧化還原反應中電子得失守恒，每個+6價鉻原子得到的電子數(shù)==3，即鉻元素化合價由+6價降到+3價，由此推知A中生成固體是Cr2O3，其物質(zhì)的量n(Cr2O3)=0.02mol。生成水蒸氣的物質(zhì)的量n(H2O)==0.08mol。則參加反應的各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為：n[(NH4)2Cr2O7]：n(Cr2O3)：n(N2)：n(H2O)=0.02:0.02:0.02:0.08=1:1:1:4。所以重鉻酸鉀受熱分解的化學方程式為：(NH4)2Cr2O7 Cr2O3+N2↑+4H2O。③為了使B中堿石灰只吸收重鉻酸鉀分解產(chǎn)生的水蒸氣，C的作用就是防止D中水蒸氣進入到B中。

(3)由甲醛法測定樣品中氮的質(zhì)量分數(shù)的反應原理可知，1mol(NH4)2Cr2O7能產(chǎn)生4molH+，其中2molH+是由2molNH4+生成的，NH4+產(chǎn)生的H+消耗的NaOH的量占消耗NaOH的總量（每摩爾氮原子生成的H+消耗1molNaOH）。①堿式滴定管用蒸餾水洗滌后，直接加入NaOH標準溶液，NaOH溶液將被滴定管內(nèi)壁的水膜稀釋，用該NaOH溶液滴定時用去的NaOH溶液的體積將偏大；中和滴定的關鍵是準確確定酸與堿恰好中和的時間點，所以眼睛應觀察錐形瓶內(nèi)溶液顏色的變化。②由表格數(shù)據(jù)可知，四次平行實驗用去的NaOH標準溶液體積分別為：21.06-1.07=19.99mL、20.89-0.88=20.01mL、21.20-0.20=21.00、20.66-0.66=20.00mL。顯然第三次實驗數(shù)據(jù)異常，舍去。所以滴定用去NaOH標準溶液體積的平均值==20.00mL。2.800g樣品用去NaOH的總物質(zhì)的量=0.02000L×0.200mol/L×=0.04mol，則樣品中氮原子物質(zhì)的量=×0.04mol=0.02mol，所以樣品中含氮質(zhì)量分數(shù)=×100%=10.00%。