Question

【题目】(NH4)2Cr2O7用于有机合成催化剂，媒染剂，显影液等。某化学兴趣小组对(NH4)2Cr2O7的部分性质及组成进行探究。已知：Cr2O72－(橙色)+H2O2CrO42－(黄色)+2H+。回答下列问题：

（1）在试管中加入少量(NH4)2Cr2O7固体，滴加足量浓KOH溶液，振荡、微热，观察到的主要现象是固体溶解、__________、__________。

（2）为探究(NH4)2Cr2O7 (摩尔质量252g/mol)的分解产物，按下图连接好装置，在A中加入5.040g样品进行实验。

①仪器B的名称是__________。

②加热A至恒重，观察到D中溶液不变色，同时测得A、B中质量变化分别为2.00g、1.44g，写出重铬酸铵加热分解反应的化学方程式____________________。

③C的作用是__________。

（3）实验室常用甲醛法测定含(NH4)2Cr2O7的样品中氮的质量分数，其反应原理为：2Ba2++Cr2O72－+H2O=2BaCrO4↓+2H+、 4NH4++6HCHO =3H++6H2O+(CH2)6N4H+[滴定时，1mol(CH2)6N4H+与1molH+相当]，然后用NaOH标准溶液滴定反应生成的酸。

实验步骤：称取样品2.800g，配成250mL溶液，移取25.00mL样品溶液于250mL锥形瓶中，用氯化钡溶液使Cr2O72－完全沉淀后，加入10mL20%的中性甲醛溶液，摇匀、静置5min后，加入1～2滴酚酞试液，用0.200 mol·L－1 NaOH标准溶液滴定至终点。重复上述操作3次。

①碱式滴定管用蒸馏水洗涤后，直接加入NaOH标准溶液进行滴定，则滴定时用去NaOH标准溶液的体积__________ (填“偏大”、“偏小”或“无影响”)；滴定时边滴边摇动锥形瓶，眼睛应观察__________。

②滴定结果如下表所示

该样品中氮的质量分数为__________。

Answer 1

【答案】有刺激性气味气体放出 溶液变为黄色 U形管 (NH4)2Cr2O7 Cr2O3+N2↑+4H2O 防止水蒸气进入到B中 偏大 锥形瓶内溶液颜色的变化 10.00%

【解析】

(1)根据NH4+与碱反应生成氨气，以及Cr2O72－(橙色)+H2O2CrO42－(黄色)+2H+平衡移动解答。

(2)根据重铬酸铵的元素组成和元素化合价的变化，判断可能的产物。再根据实验现象及玻璃管A和U形管B的质量变化确定分解产物及产物的物质的量，进而确定参加反应的各物质的计量关系，据此写出重铬酸钾分解反应的化学方程式。

(3)由甲醛法测定样品中氮的质量分数的反应原理可知，1mol(NH4)2Cr2O7能产生4molH+，其中2molH+是由2molNH4+生成的，NH4+产生的H+消耗的NaOH的量占消耗NaOH的总量，所以每摩尔氮原子产生的H+消耗1molNaOH，据此分析计算。

(1)(NH4)2Cr2O7固体溶解于水，溶液呈橙色，当滴加足量浓KOH溶液时，NH4++OH-=NH3↑+H2O，H++OH-=H2O，溶液中H+浓度减小，使平衡Cr2O72－(橙色)+H2O2CrO42－(黄色)+2H+向正反应方向移动，所以观察到的主要现象除固体溶解外，还有刺激性气味气体放出，溶液变为黄色。

(2)①仪器B的名称是U形管。②因碱石灰不能吸收NH3，而D中酚酞溶液不变色，说明重铬酸铵分解无氨气产生。B中碱石灰质量增加，说明有水蒸气生成（质量为1.44g）。但B中增加的质量（1.44g）小于A中减小的质量（2.00g），说明重铬酸铵分解产生的气体中除水蒸气外还有另外气体，该气体不能被碱石灰吸收，结合-3价氮的还原性和+6价铬的氧化性推测该气体是氮气，n(N2)= =0.02mol，生成0.02molN2时-3价氮元素失去的电子物质的量=0.02mol×6e-=0.12mole-，又因A中样品n[(NH4)2Cr2O7]= =0.02mol，根据氧化还原反应中电子得失守恒，每个+6价铬原子得到的电子数==3，即铬元素化合价由+6价降到+3价，由此推知A中生成固体是Cr2O3，其物质的量n(Cr2O3)=0.02mol。生成水蒸气的物质的量n(H2O)==0.08mol。则参加反应的各物质的物质的量之比为：n[(NH4)2Cr2O7]：n(Cr2O3)：n(N2)：n(H2O)=0.02:0.02:0.02:0.08=1:1:1:4。所以重铬酸钾受热分解的化学方程式为：(NH4)2Cr2O7 Cr2O3+N2↑+4H2O。③为了使B中碱石灰只吸收重铬酸钾分解产生的水蒸气，C的作用就是防止D中水蒸气进入到B中。

(3)由甲醛法测定样品中氮的质量分数的反应原理可知，1mol(NH4)2Cr2O7能产生4molH+，其中2molH+是由2molNH4+生成的，NH4+产生的H+消耗的NaOH的量占消耗NaOH的总量（每摩尔氮原子生成的H+消耗1molNaOH）。①碱式滴定管用蒸馏水洗涤后，直接加入NaOH标准溶液，NaOH溶液将被滴定管内壁的水膜稀释，用该NaOH溶液滴定时用去的NaOH溶液的体积将偏大；中和滴定的关键是准确确定酸与碱恰好中和的时间点，所以眼睛应观察锥形瓶内溶液颜色的变化。②由表格数据可知，四次平行实验用去的NaOH标准溶液体积分别为：21.06-1.07=19.99mL、20.89-0.88=20.01mL、21.20-0.20=21.00、20.66-0.66=20.00mL。显然第三次实验数据异常，舍去。所以滴定用去NaOH标准溶液体积的平均值==20.00mL。2.800g样品用去NaOH的总物质的量=0.02000L×0.200mol/L×=0.04mol，则样品中氮原子物质的量=×0.04mol=0.02mol，所以样品中含氮质量分数=×100%=10.00%。