2021届（鲁科版）高考化学一轮复习实验设计与评价学案 8页

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%≈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。‎ 叠氮化钾(KN3)能促使作物或难以萌发的种子发育。设计如下实验制备叠氮化钾并测定其纯度:‎ Ⅰ.制备 步骤1:制备亚硝酸丁酯(C4H9ONO)‎ ‎2C4H9OH+2NaNO2+H2SO42C4H9ONO+Na2SO4+2H2O 反应装置如图1(夹持装置略去),向烧杯中依次加入稀硫酸、丁醇、亚硝酸钠溶液,待反应完全后,分离出上层油状物,用NaCl和NaHCO3的混合溶液洗涤三次,经干燥后备用。‎ 步骤2:制备叠氮化钾 C4H9ONO+N2H4·H2O+KOHKN3+C4H9OH+3H2O 反应装置如图2(夹持及加热装置略去),向仪器A中加入KOH乙醇溶液、85%的联氨(N2H4·H2O)、亚硝酸丁酯,蒸汽浴加热,反应完全后,叠氮化钾即沉淀出来,冰浴冷却、过滤,先用无水乙醇洗涤,再用无水乙醚洗涤,在空气中于55～ 60℃干燥。‎ 相关物质性质如下:‎ 物质 颜色、状态 沸点(℃)‎ 溶解性 KN3‎ 无色晶体 受热易分解 易溶于水,微溶于乙醇,不溶于乙醚 C4H9OH 无色液体 ‎118‎ 微溶于水,与乙醇、乙醚混溶 C4H9ONO 无色或淡黄色油状液体 ‎78‎ 不溶于水,与乙醇、乙醚混溶 N2H4·H2O 无色油状液体 ‎118‎ 与水、乙醇混溶,不溶于乙醚 请回答: ‎ ‎(1)仪器A的名称为____________________。 ‎ ‎(2)步骤1中分离出亚硝酸丁酯的操作名称为________________;步骤1中用NaCl和NaHCO3的混合溶液洗涤的目的是________________________________。 ‎ ‎(3)步骤2中冰浴冷却的目的是________________________________;步骤2中干燥产品的温度控制在55～ 60℃,原因是________________________。 ‎ ‎(4)如需提高产品的纯度,可在________________(填编号)中进行重结晶。 ‎ A.无水乙醇　　　　　　 B.无水乙醚 C.水 D.乙醇的水溶液 Ⅱ.分光光度法测定产品的纯度 原理:Fe3+与反应非常灵敏,生成红色络合物,在一定波长下测量红色溶液的吸光度,利用“c()吸光度”曲线确定样品溶液中的c()。测定步骤如下:‎ ‎①用FeCl3·6H2O晶体配制FeCl3标准溶液;‎ ‎②配制一组相同体积(5.0 mL)不同浓度的NaN3标准溶液,分别加入0.5 mL(足量)FeCl3标准溶液,摇匀,测量吸光度,绘制标准溶液的c()与吸光度的关系曲线,如图;‎ ‎③产品测定:称取0.360 g产品,配成100 mL溶液,取出5.0 mL于标准管中,加入0.5 mL(足量)FeCl3标准溶液,摇匀,测得吸光度为0.6。‎ ‎(5)实验室用FeCl3·6H2O晶体配制FeCl3标准溶液的方法为________________。 ‎ ‎(6)产品的纯度为________________;若③中加入的FeCl3标准溶液不足以将产品完全反应,则测得的产品纯度____________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。 ‎ ‎【解析】(1)仪器A的名称为三颈烧瓶。‎ ‎(2)上层油状物即为亚硝酸丁酯,所以分离方法是分液。‎ ‎(3)叠氮化钾析出后,用冰浴冷却是为了降低产品的溶解度,提高产率。温度过低,则干燥时间较长;温度过高导致产品分解。‎ ‎(4)产品在乙醇、乙醚中溶解度小,排除A、B项,产品中的有机杂质不易溶于水,故用乙醇水溶液可以有效溶解有机杂质,同时也有利于产品再次结晶析出。‎ ‎(5)铁离子强烈水解,故配制铁盐溶液时,先将其溶于对应的酸中以抑制铁离子水解,再加水稀释。由于此处需配制标准溶液,所以用容量瓶定容。‎ ‎(6)根据曲线图,吸光度0.6对应的c()为4.0×10-2 mol·L-1,则0.360 g产品中含有KN3的质量为4.0×10-2 mol·L-1×0.1 L×81 g·mol-1=0.324 g,纯度为0.324 g÷0.360 g×100%=90%。若加入的FeCl3标准溶液不足,则溶液中的无法完全反应,测得的c()比实际浓度低,测得的纯度偏低。‎ 答案:(1)三颈烧瓶(或三颈瓶)‎ ‎(2)分液　洗去亚硝酸丁酯中混有的酸 ‎(3)降低产品的溶解度,提高产率　温度过低,则干燥时间较长;温度过高导致产品分解 ‎(4)D ‎(5)称取一定质量的晶体,溶于盐酸中,加水稀释后再转移至容量瓶中定容 ‎(6)90%　偏低 ‎【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+H3BO3NH3·H3BO3;NH3·H3BO3+　HClNH4Cl+H3BO3。‎ 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-1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,另一方面水蒸气可以带出氨气),所以答案为OH-+NNH3↑+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10-3cV mol,氮的物质的量也为10-3cV mol,氮的质量为14×10-3cVg,质量分数为[(14×10-3cV)/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)×10-3cVg,即75×10-3cVg,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 ‎(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-+NNH3↑+H2O 保温使氨完全蒸出 ‎(5)　 ‎ 关闭Word文档返回原板块