Question

硫酸是化學工業(yè)中的重要原料，我國已成為全球硫酸產(chǎn)能最高、產(chǎn)量最大的國家．
（1）18.4mol/L（質量分數(shù)0.98，密度1.84g/cm³）濃硫酸是常用的干燥劑，用于吸收潮濕氣體中的水蒸氣．當濃硫酸濃度降到16mol/L（密度1.8g/cm³）以下時，則失去干燥能力．
①16mol/L的硫酸的質量分數(shù)為

 

（保留兩位小數(shù)，下同）．
②50mL質量分數(shù)為0.98的濃硫酸作為干燥劑時，最多可吸水

 

g．
（2）將鐵粉與硫粉在隔絕空氣條件下反應所得的固體M 19.840g，與足量稀硫酸反應，收集到氣體5.376L（換算到標準狀況），質量為6.880g．則固體M的成分為

 

（寫化學式），其中鐵元素與硫元素的質量比為

 

．
（3）當代硫酸工業(yè)大多用接觸法制硫酸（設空氣中氧氣的體積分數(shù)為0.20）．
①為使黃鐵礦煅燒充分，常通入過量40%的空氣，則煅燒后爐氣中SO₂的體積分數(shù)為

 

．
②將①中的爐氣經(jīng)凈化除塵后直接送入接觸室，流量為1.00m³/s，從接觸室導出氣體的流量為0.95m³/s（同溫同壓下測定），則SO₂的轉化率為

 

%．
（4）接觸法制硫酸排放的尾氣先用氨水吸收，再用濃硫酸處理，得到較高濃度的SO₂（循環(huán)利用）和混合銨鹽．為測定此銨鹽中氮元素的質量分數(shù)，將不同質量的銨鹽分別加入到50.00mL相同濃度的NaOH溶液中，沸水浴加熱至氣體全部逸出（此溫度下銨鹽不分解）．該氣體經(jīng)干燥后用濃硫酸吸收完全，測定濃硫酸增加的質量．
部分測定結果如下：
銨鹽質量為10.000g和20.000g時，濃硫酸增加的質量相同；
銨鹽質量為30.000g時，濃硫酸質量增重0.680g；
銨鹽質量為40.000g時，濃硫酸的質量不變．
①計算該混合鹽中氮元素的質量分數(shù)．
②計算上述氫氧化鈉溶液的物質的量濃度．

Answer 1

考點：化學方程式的有關計算,物質的量濃度的相關計算

專題：計算題

分析：（1）①根據(jù)c=

1000ρω

M

計算16mol/L的硫酸的質量分數(shù)；
②令吸收水的質量為mg，根據(jù)稀釋前后溶質硫酸的質量不變列方程計算；
（2）收集到氣體5.376L（換算到標準狀況），質量為6.880g，則氣體的摩爾質量=

6.88g

5.376L 22.4L/mol

=28.67，故氣體為H₂S與H₂的混合氣體，則固體M的成分為FeS、Fe，令FeS、Fe的物質的量分別為xmol、ymol，則生成H₂S為xmol、生成H₂為ymol，根據(jù)固體M的質量及氣體質量列方程，再根據(jù)m=nM計算質量Fe、S元素質量之比；
（3）①發(fā)生反應：4FeS₂+11O₂

點燃  .

2Fe₂O₃+8SO₂，設生成8molSO₂，則參加反應的氧氣11mol，進而計算實際通入的O₂物質的量，再計算空氣中氮氣的物質的量、剩余氧氣物質的量，進而計算二氧化硫的體積分數(shù)；
②接觸室中發(fā)生反應：O₂+2SO₂

催化劑 .

△

2SO₃，設進入接觸室的氣體體積為1L，由流量關系可知，從接觸室導出氣體為0.95L，根據(jù)氣體體積差量，利用差量法計算參加反應二氧化硫的體積，進而計算二氧化硫的轉化率；
（4）混合銨鹽為NH₄HSO₄、（NH₄）₂SO₄，氫氧根先與氫離子反應，再與銨根離子反應，若銨鹽質量為10.000g和20.000g時，濃硫酸增加的質量相同，說明加入10g銨鹽時，氫氧化鈉過量，20g時氫氧化鈉不足；若銨鹽質量為30.000g時，濃硫酸質量增重0.680g，說明只有部分銨根離子參加反應；若銨鹽質量為40.000g時，濃硫酸的質量不變，說明氫氧化鈉不足，沒有與銨根離子反應生成氨氣；
設50.00mLNaOH溶液含有NaOH為amol，10.000 g混合鹽完全反應，假設NH₄HSO₄為xmol，（NH₄）₂SO₄為ymol，根據(jù)二者質量列方程；
10.00 g時銨鹽不足，由N守恒知生成n（NH₃）=x+2y，20.00 g時銨鹽已經(jīng)過量，NH₄HSO₄為2xmol，（NH₄）₂SO₄為2ymol，先發(fā)生H⁺+OH^-=H₂O，再發(fā)生NH₄⁺+OH^-

△   .

NH₃+H₂O，表示出生成氨氣的物質的量，再根據(jù)10.00 g和20.00 g銨鹽產(chǎn)生的氨氣一樣多列方程；
30.00 g時銨鹽過量，NH₄HSO₄為3xmol，（NH₄）₂SO₄為3ymol，生成n（NH₃）=

0.68g

17g/mol

=0.04mol，先發(fā)生H⁺+OH^-=H₂O，再發(fā)生NH₄⁺+OH^-

△   .

NH₃+H₂O，表示出生成氨氣的物質的量，結合氫氣物質的量列方程；
聯(lián)立方程計算a、x、y的值，進而計算N元素質量分數(shù)、氫氧化鈉溶液的物質的量濃度．

解答： 解：（1）①根據(jù)c=

1000ρω

M

可知，密度1.8g/cm³、濃度為16mol/L的硫酸的質量分數(shù)=

16×98

1000×1.8

=0.87，故答案為：0.87；
②令吸收水的質量為mg，根據(jù)稀釋前后溶質硫酸的質量不變，則：
50mL×1.84g/mL×0.98=（50mL×1.84g/mL+mg）×

16×98

1000×1.8

，
解得m=11.5，
故答案為：11.5；
（2）收集到氣體5.376L（換算到標準狀況），質量為6.880g，則氣體的摩爾質量=

6.88g

5.376L 22.4L/mol

=28.67，故氣體為H₂S與H₂的混合氣體，則固體M的成分為FeS、Fe，令FeS、Fe的物質的量分別為xmol、ymol，則生成H₂S為xmol、生成H₂為ymol，故

88x+56y=19.84 34x+2y=6.88

，解得x=0.2  y=0.04，所以鐵元素與硫元素的質量之比為：（0.2+0.04）×56：0.2×32=21：10，
故答案為：FeS、Fe；21：10；
（3）①發(fā)生反應：4FeS₂+11O₂

點燃  .

2Fe₂O₃+8SO₂，設生成8molSO₂，則參加反應的氧氣11mol，實際通入的O₂為（1+40%）×11mol=15.4mol，所以空氣中氮氣為4×15.4mol=61.6mol，剩余氧氣為15.4mol-11mol=4.4mol，則煅燒后爐氣中SO₂的體積分數(shù)為

8mol

8mol+4.4mol+61.6mol

=0.11，
故答案為：0.11；
②接觸室中發(fā)生反應：O₂+2SO₂

催化劑 .

△

2SO₃，設進入接觸室的氣體體積為1L，由流量關系可知，從接觸室導出氣體為0.95L，氣體體積減小量=1L-0.95L=0.05L，由方程式可知有2體積二氧化硫反應，氣體總體積減小1體積，故參加反應的二氧化硫為0.05L×2=0.1L，進入接觸室的氣體中體SO₂的積為1L×

8mol

8mol+4.4mol+61.6mol

=

4

37

L，故二氧化硫的轉化率=

0.1L

4 37 L

×100%=92.5%，
故答案為：92.5；
（4）混合銨鹽為NH₄HSO₄、（NH₄）₂SO₄，氫氧根先與氫離子反應，再與銨根離子反應，若銨鹽質量為10.000g和20.000g時，濃硫酸增加的質量相同，說明加入10g銨鹽時，氫氧化鈉過量，20g時氫氧化鈉不足；若銨鹽質量為30.000g時，濃硫酸質量增重0.680g，說明只有部分銨根離子參加反應；若銨鹽質量為40.000g時，濃硫酸的質量不變，說明氫氧化鈉不足，沒有與銨根離子反應生成氨氣，
設50.00mLNaOH溶液含有NaOH為amol，10.000 g混合鹽完全反應，假設其中NH₄HSO₄為xmol，（NH₄）₂SO₄為ymol，由二者質量之和可得：115x+132y=10；
10.00 g時銨鹽不足，由N守恒知n（NH₃）=x+2y，20.00 g時銨鹽已經(jīng)過量，NH₄HSO₄為2xmol，（NH₄）₂SO₄為2ymol，則：
H⁺+OH^-=H₂O
2x 2x
NH₄⁺+OH^-

△   .

NH₃+H₂O，
  （a-2x）（a-2x）
由于10.00 g和20.00 g銨鹽產(chǎn)生的氨氣一樣多，n（NH₃）=x+2y=a-2x；
30.00 g時銨鹽過量，NH₄HSO₄為3xmol，（NH₄）₂SO₄為3ymol，則n（NH₃）=

0.68g

17g/mol

=0.04mol，則：
H⁺+OH^-=H₂O
3x 3x
NH₄+OH^-

△   .

NH₃+H₂O，
 （a-3x）（a-3x）
所以a-3x=0.04；
聯(lián)立方程，解得a=0.232，x=0.064，y=0.02
①該混合鹽中氮元素的質量分數(shù)=

(0.064+2×0.02)×14

10

×100%=14.56%，
②上述氫氧化鈉溶液的物質的量濃度=

0.232mol

0.05L

=4.64mol/L，
答：①該混合鹽中氮元素的質量分數(shù)為14.56%．
②上述氫氧化鈉溶液的物質的量濃度為4.64mol/L．

點評：本題綜合性較大，涉及溶液濃度計算、化學方程式計算、混合物計算，題目計算量大，過程復雜，綜合考查學生分析解決問題的能力，難度較大．