2021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

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。

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-1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 2.50×10-4 mol·L-1 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。

(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Mn2+,写出该反应的离子方程

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4.0×10-5 mol·L-1的Na2SO3标准溶液滴定,消耗Na2SO3标准溶液20.00 mL,反应原理是S+Mn+H+S+Mn2++H2O(未配平)。通过计算判断该样品是否合格(写出计算过

程)。____________________________________。

【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;

(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)=×4×10-5mol·L-1×0.020 L= 3.2×10-7mol,250 mL溶液中未反应的n(KMnO4)=3.2×10-6mol,与PH3反应的n(KMnO4)=0.02 L×2.50×10-4mol·L-1-3.2×10-6mol=1.8×10-6mol, n(PH3)=n(KMnO4)=×1.8×10-6mol=1.125×10-6mol,100 g原粮中m(PH3)=1.125×1mol×34

g·mol-1=3.825×10-5 g,1 kg原粮中磷化氢质量=3.825×10-4 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+8Mn2++12H2O (4)25 mL溶液中未反应的

n(KMnO4)=×4×10-5mol·L-1×0.020L=3.2×10-7 mol,250 mL溶液中未反应的n(KMnO4)=3.2×10-6 mol,与PH3反应的n(KMnO4)=0.02 L×2.50×10-4 mol·L-1 -3.2×10-6mol=1.8×10-6

mol,n(PH3)=n(KMnO4)=×1.8×10-6mol=1.125×

10-6 mol,100 g原粮中m(PH3)=1.125×10-6mol×34 g·mol-1=3.825×10-5 g,1 kg原粮中磷化氢质量

=3.825×10-4 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+H3BO3NH3·H3BO3;NH3·H3BO3+HCl NH4Cl+H3BO3。