实验设计与评价
凯氏定氮法是由丹麦化学家凯道尔于1833年建立的,现已发展为常量、微量、平微量凯氏定氮法以及自动定氮仪法等,是分析有机化合物含氮量的常用方法。 凯氏定氮法的理论基础是蛋白质中的含氮量通常占其总质量的16%左右(12%～19%),因此,通过测定物质中的含氮量便可估算出物质中的总蛋白质含量(假
设测定物质中的氮全来自蛋白质),即蛋白质含量=凯氏定氮仪测量样品蛋白质含量主要经过三个步骤:
。
第一步:硝解,将有机物中的氨基在高温和催化剂CuSO4条件下,与浓H2SO4 作用,生成无机铵盐(NH4)2SO4。 第二步:蒸馏,将硝解完成的样品中的铵盐在凯氏定氮仪中与碱反应,通过蒸馏释放出NH3,并用H3BO3 溶液吸收。
第三步:滴定,将收集的NH3通过已知含量的标准酸滴定,反算出NH3的含量。
某些不法分子在低蛋白含量的奶粉中加入三聚氰胺来“提高”奶粉中的蛋白质含量,导致许多婴幼儿肾结石。三聚氰胺(结构如图),俗称“蛋白精”,目前由尿素加热分解制得,生产成本低廉,含氮量高。
问题1.凯氏定氮法在测定奶粉中蛋白质含量时,为什么会失真?(素养角度——宏观辨识与微观探析) 提示:凯氏定氮法实质上测定的是含氮量,氮元素可以来自其他含氮物质。
问题2.已知乳制品的换算系数为6.38,即若检测出氮的含量为1%,蛋白质的含量则为6.38%。三聚氰胺含氮量(氮元素的质量分数)是多少?假定奶粉中蛋白质含量为16%即为合格,某品牌婴幼儿配方乳粉抽查结果显示其三聚氰胺含量为2 563.00 mg/kg,则该婴幼儿配方乳粉蛋白质含量实际上是多少?掺假百分率为多少?(素养角度——证据推理与模型认知)
提示:三聚氰胺的相对分子质量为126,则含N量为×100%=66.7%,婴幼儿配方乳粉抽查结果显示其三
聚氰胺含量为2 563.00 mg/kg,设质量为1 000 g,则三聚氰胺为2.536 g,含N量为×100%
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≈0.17%,由检测出氮的含量为1%,蛋白质的含量则为6.38%,对应蛋白质含量为0.17%×6.38≈1.09%,所以
实际含蛋白质为16%-1.09%=14.91%,掺假百分率为×100%=6.813%。
问题3.“毒奶粉”事件责任人被判处重刑,对社会发展有什么意义?(素养角度——科学态度与社会责任) 提示:科技是一把“双刃剑”,工业生产应把人民群众生命安全放在第一位。
粮食仓储常用磷化铝(AlP)熏蒸杀虫,AlP遇水即产生强还原性的PH3气体。国家标准规定粮食中磷化物(以PH3计)的残留量不超过0.05 mg·kg时为合格。某小组同学用图所示实验装置和原理测定某粮食样品中磷化物的残留量。C中加入100 g原粮,E中加入20.00 mL 2.50×10 mol·L KMnO4溶液(H2SO4酸化),C中加入足量水,充分反应后,用亚硫酸钠标准溶液滴定E中的溶液。
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(1)装置A中的KMnO4溶液的作用是 __ __ __ __ __ __ __ __ __ __。
(2)装置B中盛装焦性没食子酸的碱性溶液吸收空气中的O2。若去掉该装置,则测得的磷化物的残留量 _________(填“偏高”“偏低”或“不变”)。
(3)装置E中PH3被氧化成磷酸,Mn被还原为Mn,写出该反应的离子方程
2+
式: __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __。 (4)收集装置E中的吸收液,加水稀释至250 mL,量取其中的25.00 mL于锥形瓶中,用4.0×10 mol·L
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的Na2SO3标准溶液滴定,消耗Na2SO3标准溶液20.00 mL,反应原理是S配平)。通过计算判断该样品是否合格(写出计算过
程)。 ____________________________________。
+Mn+H
+
S+Mn+H2O(未
2+
【解析】(1)装置A中的KMnO4溶液具有强氧化性,其作用是吸收空气中的还原性气体,防止其干扰PH3的测定;
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(2)装置B中盛装焦性没食子酸的碱性溶液吸收空气中的O2。若去掉该装置,空气中的氧气就会氧化PH3气体,则测得的磷化物的残留量偏低;
(3)在装置E中PH3被酸性KMnO4溶液氧化成磷酸,KMnO4 被还原为MnSO4, 同时产生水,根据电荷守恒、电子
守恒及原子守恒,可得该反应的离子方程式为5PH3+8Mn+24H
+
5H3PO4+8M+12H2O;
(4)25 mL溶液中未反应的n(KMnO4)=×4×10mol·L×0.020 L= 3.2×10mol,250 mL溶液中未反应的n(KMnO4)=3.2×10mol,与PH3反应的n(KMnO4)=0.02 L×2.50×10 mol·L-3.2×10 mol=1.8×10 mol,
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n(PH3)=n(KMnO4)=×1.8×10 mol=1.125×10mol,100 g原粮中m(PH3)=1.125×1
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mol×34
g·mol=3.825×10 g,1 kg原粮中磷化氢质量=3.825×10 g=0.382 5 mg>0.05 mg,所以不合格。 答案:(1)吸收空气中的还原性气体,防止其干扰PH3的测定 (2)偏低
(3)5PH3+8Mn+24H
+
5H3PO4+8Mn+12H2O (4)25 mL溶液中未反应的
2+
n(KMnO4)=×4×10mol·L×0.020 L=3.2×10 mol,250 mL溶液中未反应的n(KMnO4)=3.2×10 mol,与PH3反应的n(KMnO4)=0.02 L×2.50×10 mol·L-3.2×10 mol=1.8×10
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mol,n(PH3)=n(KMnO4)=×1.8×10 mol=1.125×
10 mol,100 g原粮中m(PH3)=1.125×10 mol×34 g·mol=3.825×10 g,1 kg原粮中磷化氢质量=3.825×10 g=0.382 5 mg>0.05 mg,所以不合格 【加固训练】
(2017·全国卷Ⅰ)凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法,其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐,利用如图所示装置处理铵盐,然后通过滴定测量。已知:NH3+H3BO3
NH3·H3BO3;NH3·H3BO3+HCl
NH4Cl+H3BO3。
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回答下列问题:
(1)a的作用是________________。
(2)b中放入少量碎瓷片的目的是____________。f的名称是____________。
(3)清洗仪器:g中加蒸馏水;打开k1,关闭k2、k3,加热b,蒸气充满管路;停止加热,关闭k1,g中蒸馏水倒吸进入c,原因是________________;打开k2放掉水,重复操作2～3次。
(4)仪器清洗后,g中加入硼酸(H3BO3)和指示剂。铵盐试样由d注入e,随后注入氢氧化钠溶液,用蒸馏水冲洗d,关闭k3,d中保留少量水。打开k1,加热b,使水蒸气进入e。 ①d中保留少量水的目的是________________。
②e中主要反应的离子方程式为________________,e采用中空双层玻璃瓶的作用是________________。 (5)取某甘氨酸(C2H5NO2)样品m克进行测定,滴定g中吸收液时消耗浓度为c mol·L的盐酸V mL,则样品中氮的质量分数为____________%,样品的纯度≤________%。
【解析】(1)a为连通大气的玻璃管,当b中压强增大时,玻璃管的液面会上升,从而使体系压强趋于稳定,因此a的作用为平衡内外压强,防止压强过大发生危险。 (2)加入碎瓷片的目的是防暴沸,f为直形冷凝管。
(3)停止加热,关闭k1后,c至e中热的蒸馏水来源中断,f中的冷凝水使得残留的水蒸气液化,内部压强减小,g中的蒸馏水就会倒吸入c中。
(4)①d中保留少量水,一方面可以检验d装置是否漏气;另一方面若装置气密性不佳会导致氨气泄漏进入空气中,污染空气,而氨气易溶于水,可吸收氨气。
②e中加入了铵盐试样、NaOH,通入了热的水蒸气,所以氨气会逸出(一方面加热促进逸出,另一方面水蒸气
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可以带出氨气),所以答案为OH+N
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NH3↑+H2O,e采用中空双层玻璃瓶,可以减少热量的损耗,使得e
的温度能维持在较高状态,有利于氨气充分逸出。
(5)要求氮的质量分数,先求氮的物质的量,氮的质量就可以求出,质量分数也就容易求出。氮的物质的量和氨气的物质的量一致,根据反应,NH3～NH3·H3BO3～HCl为1∶1∶1的关系,则氮的物质的量与HCl相等,其中HCl为吸收液,物质的量为10cV mol,氮的物质的量也为10cV mol,氮的质量为14×10cVg,质量分数为[(14×10cV)/m]×100%;测出来的氮不一定完全由甘氨酸提供,所以直接用氮的物质的量代替甘氨酸的物质的量时,为甘氨酸含量的最大值,则甘氨酸的最大质量为m(甘氨酸)=M(甘氨酸)×10cVg,即75×10cVg,最大纯度(质量分数)为(0.075cV/m)×100%。 答案:(1)避免b中压强过大 (2)防止暴沸 直形冷凝管
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(3)c中温度下降,管路中形成负压 (4)①液封,防止氨气逸出
②OH+N
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NH3↑+H2O
保温使氨完全蒸出
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2024版高考化学一轮复习第10章4实验设计与评价练习(含解析)鲁科版
