Question

硫酸是極其重要的化工原料，在工業、農業、醫藥、軍事等領域應用廣泛。工業上通常用接觸法制硫酸，主要原料是硫鐵礦和空氣。接觸法制硫酸的生產過程大致可分為三個階段：①二氧化硫的制取和凈化；②二氧化硫轉化為三氧化硫；③三氧化硫的吸收和硫酸的生成。

問題1：設空氣中N₂、O₂的含量分別為0.80和0.20（體積分數），則110 L空氣和足量的FeS₂完全反應后，氣體體積（同溫同壓）變為L。

問題2：為了防止環境污染并對尾氣進行綜合利用，硫酸廠常用氨水吸收尾氣中的SO₂、SO₃等氣體，再向吸收液中加入濃硫酸，以制取高濃度的SO₂及（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄固體。

為了測定上述（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄固體混合物的組成，現稱取該樣品四份，分別加入相同濃度的NaOH溶液50.00 mL，加熱至120 ℃左右，使氨氣全部逸出〔（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄的分解溫度均高于200 ℃〕，測得有關實驗數據如下（標準狀況）：

實驗序號	樣品的質量/g	NaOH溶液的體積/mL	氨氣的體積/L
1	3.62	50.00	0.896
2	7.24	50.00	1.792
3	10.86	50.00	2.016
4	14.48	50.00	1.568

（1）由1組數據直接推測：用1.81 g樣品進行同樣實驗時，生成氨氣的體積（標準狀況）為              L。

（2）試計算該混合物中（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄的物質的量之比為           。

（3）求所用NaOH溶液的物質的量濃度。（寫出計算過程）

Answer 1

問題1：104

問題2：（1）0.448  (2)1∶２  （3）3.00 mol·L^-1

解析:

問題1：由題意，空氣中O₂的含量為0.20，則110 L空氣中V（O₂）=110 L×0.20=22 L。

4FeS₂+11O₂2Fe₂O₃+8SO₂

11 L                8 L

22 L                V(SO₂)

V（SO₂）=16 L，則反應后氣體體積V（N₂）+V（SO₂）=110 L×80%+16 L=104 L

問題2：由題給數據，第2組樣品質量是第1組的2倍，產生NH₃體積也是第1組的2倍；第3組樣品質量是第1組的3倍，但產生NH₃體積小于第1組的3倍，則NaOH溶液在第1、2組中足量，在第3組中不足。

（1）用1.81 g樣品進行實驗，NaOH過量，產生的NH₃體積應為第1組的，即生成NH₃的體積為0.448 L。

（2）計算（NH₄）₂SO₄與NH₄HSO₄的物質的量之比，應根據第1組或第2組數據計算。

（NH₄）₂SO₄~2NH₃          NH₄HSO₄~NH₃

設（NH₄）₂SO₄物質的量為x，NH₄HSO₄物質的量為y，則有：

 

n〔(NH₄)₂SO₄〕∶n（NH₄HSO₄）=1∶2

（3）NaOH溶液的物質的量濃度應根據第3組或第4組數據計算，當NaOH不足時，NaOH先中和NH₄HSO₄電離出的H⁺，然后再和反應。

由（2）可知第3組中n〔（NH₄）₂SO₄〕=0.03 mol，n(NH₄HSO₄)=0.06 mol，則NH₄HSO₄電離的n(H⁺)=0.06 mol

H⁺~OH^-     ~OH^-~NH₃

n(NaOH)=n(OH^-)=n(H⁺)+n(NH₃)=0.06 mol+=0.15 mol

c(NaOH)==3.00 mol·L^-1