Question

11．【定量實驗設計】某研究性學習小組查閱資料獲得晶體M的制備原理，他們進行如下探究：
【制備晶體】
以CrCl₂•4H₂O、過氧化氫、液氨、氯化銨固體為原料，在活性炭催化下，合成了晶體M．
（1）溶液中分離出晶體M的操作包括蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌和干燥．他們用冰水和飽和食鹽水的混合物洗滌晶體M，其目的是降低晶體溶解度．制備過程中需要加熱，但是，溫度過高造成的后果是加快雙氧水分解和液氨揮發．
【測定組成】
為了測定M晶體組成，他們設計如下實驗．裝置如圖所示（加熱儀器和固定儀器省略）．

為確定其組成，進行如下實驗：
①氨的測定：精確稱M晶體，加適量水溶解，注入如圖所示的三頸瓶中，然后逐滴加入足量20% NaOH溶液，通入水蒸氣，將樣品溶液中的氨全部蒸出，用一定量的鹽酸溶液吸收．蒸氨結束后取下接收瓶，用一定濃度的NaOH標準溶液滴定過剩的HCl，到終點時消耗一定體積的NaOH溶液．
②氯的測定：準確稱取a g樣品M溶于蒸餾水，配成100mL溶液．量取25.00mL配制的溶液用c mol•L-¹AgNO₃標準溶液滴定，滴加3滴0.01mol•L-¹K₂CrO₄溶液（作指示劑），至出現磚紅色沉淀不再消失為終點（Ag₂CrO₄為磚紅色），消耗AgNO₃溶液為b mL．
（2）安全管的作用是平衡氣壓．
（3）用氫氧化鈉標準溶液滴定過量的氯化氫，部分操作步驟是檢查滴定管是否漏液、用蒸餾水洗滌、用標準NaOH溶液潤洗、排滴定管尖嘴的氣泡、調節堿式滴定管內液面至0刻度或0刻度以下、滴定、讀數、記錄并處理數據；下列操作或情況會使測定樣品中NH₃的質量分數偏高的是C（填代號）．
A．裝置氣密性不好           B．用酚酞作指示劑
C．滴定終點時俯視讀數       D．滴定時NaOH溶液外濺
（4）已知：硝酸銀熱穩定性差；Ksp（Ag₂CrO₄）=1.12×10-¹²，Ksp（AgCl）=1.8×10-¹⁰
選擇棕色滴定管盛裝標準濃度的硝酸銀溶液，滴定終點時，若溶液中
c（CrO₄^2-）為2.8×10^-3mol•L^-1，則c（Ag⁺）=2.0×10^-5mol•L^-1．
（5）根據上述實驗數據，列出樣品M中氯元素質量分數計算式$\frac{cmol/L×\frac{b}{1000}L×35.5g/mol}{ag×\frac{25.00mL}{100mL}}×100%$．如果滴加K₂CrO₄溶液過多，測得結果會偏低（填：偏高、偏低或無影響）．
（6）經測定，晶體M中鉻、氨和氯的質量之比為104：136：213．寫出制備M晶體的化學方程式2CrCl₂+H₂O₂+6NH₃+2NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cr（NH₃）₄Cl₃+2H₂O．

Answer 1

分析 【制備晶體】
（1）冰飽和食鹽水溫度低，固體溶解度小，用冰飽和食鹽水洗滌晶體，減小晶體溶解，雙氧水受熱易分解，液氨易揮發；
【測定組成】
（2）安全管的作用是平衡氣壓，使燒瓶內外壓強平衡；
（3）用氫氧化鈉標準溶液滴定過量的氯化氫，堿式滴定管需用標準液潤洗，滴定管0刻度在滴定管的上方；A．裝置氣密性不好，部分氨氣逸出； B．強酸強堿滴定，用酚酞作指示劑無影響；C．滴定終點時俯視讀數，讀數小于實際體積； D．滴定時NaOH溶液外濺，標準液NaOH溶液計算體積偏大，導致測得剩余鹽酸體積偏大；
（4）硝酸銀易分解，類似濃硝酸，硝酸銀在光照的條件下易分解，生成銀、二氧化氮和氧氣，根據Ksp（Ag₂CrO₄）=c²（Ag⁺）•c（CrO₄^2-）計算；
（5）根據Ag⁺+Cl^-=AgCl（s），樣品M中氯元素質量等于氯離子的質量，據此計算樣品M中氯元素質量分數；根據鉻酸銀、氯化銀的溶度積知，鉻酸銀的溶解度比氯化銀稍大一些．如果滴加鉻酸鉀溶液過多，會提前生成鉻酸銀，即氯離子沒有完全轉化成氯化銀，導致提前指示終點，測得氯元素質量分數偏低；
（6）晶體M中鉻、氨和氯的質量之比為104：136：213．計算出三種元素的物質的量之比，求出M的化學式，根據化學式書寫方程式．

解答 解：【制備晶體】
（1）晶體析出后過濾得到晶體，用冰飽和食鹽水洗滌晶體，目的是減少晶體M溶解量，雙氧水受熱易分解2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，液氨易揮發，加熱溫度過高，導致反應物損失，
故答案為：降低晶體溶解度；加快雙氧水分解和液氨揮發；
【測定組成】
（2）A裝置用于提供水蒸汽，需要加熱．導管起平衡氣壓作用，故答案為：平衡氣壓；
（3）滴定管經檢漏之后，用標準氫氧化鈉溶液潤洗、滴定管0刻度在上方，需調節液面至0刻度及0刻度以下才可讀數，
A．裝置漏氣，部分氨氣擴散了，測定的NH₃質量分數偏低，故A錯誤；
B．強堿滴定強酸可以選擇甲基橙作或酚酞作指示劑，不會導致誤差，故B錯誤；
C．滴定終點時俯視讀數，讀數小于實際體積，測定消耗氫氧化鈉溶液體積偏小，NH₃質量分數偏高，故C正確；
D．滴定液外濺，導致測得剩余鹽酸體積偏大，NH₃質量分數偏小，故D錯誤；
故答案為：用標準NaOH溶液潤洗；調節堿式滴定管內液面至0刻度或0刻度以下；C；
（4）硝酸銀很不穩定，在光照的條件下易分解：2AgNO₃$\frac{\underline{\;光照\;}}{\;}$2NO₂↑+O₂↑+2Ag，應選擇棕色滴定管盛裝硝酸銀溶液，Ksp（Ag₂CrO₄）=c²（Ag⁺）•c（CrO₄^2-），c（Ag+）=$\sqrt{\frac{{K}_{sp}（A{g}_{2}Cr{O}_{4}）}{C（Cr{{O}_{4}}^{2-}）}}$=$\sqrt{\frac{1.12×1{0}^{-12}}{2.8×1{0}^{-3}}}$mol•L^-1=2.0×10^-5mol•L^-1，
故答案為：2.0×10^-5mol•L^-1；
（5）Ag⁺+Cl^-=AgCl（s），ω（Cl）=$\frac{cmol/L×\frac{b}{1000}L×35.5g/mol}{ag×\frac{25.00mL}{100mL}}×100%$，鉻酸銀Ksp（Ag₂CrO₄）=1.12×10^-12，氯化銀Ksp（AgCl）=1.8×10^-10，鉻酸銀的溶解度比氯化銀稍大一些．如果滴加鉻酸鉀溶液過多，會提前生成鉻酸銀，即氯離子沒有完全轉化成氯化銀，導致提前指示終點，測得氯元素質量分數偏低，
故答案為：$\frac{cmol/L×\frac{b}{1000}L×35.5g/mol}{ag×\frac{25.00mL}{100mL}}×100%$；偏低；
（6）n（Cr）：n（NH₃）：n（Cl）=$\frac{104}{52}$：$\frac{136}{17}$：$\frac{213}{35.5}$=1：4：3，M的化學式為Cr（NH₃）₄Cl₃．M中鉻元素化合價為+3，化學方程式為2CrCl₂+H₂O₂+6NH₃+2NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ 2Cr（NH₃）₄Cl₃+2H₂O，
故答案為：2CrCl₂+H₂O₂+6NH₃+2NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cr（NH₃）₄Cl₃+2H₂O．

點評 本題考查了定量實驗方案的設計，考查了物質的制備實驗操作、組成的測定、沉淀溶解平衡等，明確每一過程發生的反應是解本題關鍵，側重于基礎知識的綜合應用的考查，題目難度中等．