题目内容
【题目】工业制硫酸吸收塔排出的尾气需要处理才能排放到大气中,其处理方法为:先用氨水吸收,再用浓硫酸处理,得到较高浓度的SO2和铵盐。
为测定该铵盐中氮元素的质量分数,将不同质量的铵盐分别加入到50.00mL相同浓度的NaOH溶液中,沸水浴加热至气体全部逸出(此温度下铵盐不分解)。该气体经干燥后用浓硫酸吸收完全,测定浓硫酸增加的质量。
部分测定结果:
铵盐质量为10.00g和20.00g 时,浓硫酸增加的质量相同;铵盐质量为30.00g时,浓硫酸增加的质量为0.68g;铵盐质量为40.00g时,浓硫酸的质量不变。
请计算:
(1)该铵盐中氮元素的质量分数是____%。
(2)若铵盐质量为15.00g,浓硫酸增加的质量为____。(计算结果保留两位小数)
【答案】 14.56% 2.31g
【解析】(1)得到的铵盐产品是(NH4)2SO3和NH4HSO3的混合物;本反应历程是:OH-首先是和NH4HSO3中的H+反应,随后有多的OH-再和NH4+反应放出氨气,所以随着铵盐的量的增大,NH4HSO3的量也增大,放出的氨气的量会为0;由题知铵盐质量为30.00g时,产生0.04molNH3.该铵盐中NH4HSO4先与NaOH溶液反应,2NH4HSO4+2NaOH=(NH4)2SO4+Na2SO4+H2O,只有当NH4HSO4中的H+消耗完全后,NH4+才能与NaOH溶液反应产生NH3,NH4++OH-=NH3↑+H2O.据此判断铵盐质量为10.00g时NaOH溶液过量,铵盐质量为20.00g和30.00g时,消耗的NaOH质量相等.设10.00g铵盐中NH4HSO4 与(NH4)2SO4的物质的量分别为X、Y,n(NH3)=n(OH-)-n(H+),则有:
铵盐质量/g | 10.00 | 20.00 | 30.00 | 40.00 |
含NH4HSO4、(NH4)2SO4/mol | X、Y | 2X、2Y | 3X、3Y | 4X、4Y |
产生NH3/mol | X+2Y | X+2Y | 0.04 | 0 |
消耗NaOH/mol | 2X+2Y | 3X+2Y | 3X+0.04 | 3X+0.04 |
因此3X+2Y=3X+0.04,解得Y=0.02mol,又115X+132Y=10.00,得X=0.064mol.则该铵盐中氮元素的质量分数为×100%=14.56%,故答案为:14.56;
(2)由15.00 g铵盐与NaOH溶液反应产生的NH3可知浓硫酸增加的质量,由上面讨论可知此NaOH溶液中共有0.232molNaOH,当铵盐质量为15.00g时含0.096mol NH4HSO4和0.03mol (NH4)2SO4,共有NH4+和H+ 0.252mol,故NaOH不足,此时产生n(NH3)=(0.232-0.096)mol=0.136mol,NH3的质量=0.136mol×17g/mol=2.31g答:浓硫酸增加的质量为2.31g,故答案为:2.31g。
