Question

硫酸是极其重要的化工原料，在工业、农业、医药、军事等领域应用广泛。工业上通常用接触法制硫酸，主要原料是硫铁矿和空气。接触法制硫酸的生产过程大致可分为三个阶段：①二氧化硫的制取和净化；②二氧化硫转化为三氧化硫；③三氧化硫的吸收和硫酸的生成。

问题1：设空气中N₂、O₂的含量分别为0.80和0.20（体积分数），则110 L空气和足量的FeS₂完全反应后，气体体积（同温同压）变为L。

问题2：为了防止环境污染并对尾气进行综合利用，硫酸厂常用氨水吸收尾气中的SO₂、SO₃等气体，再向吸收液中加入浓硫酸，以制取高浓度的SO₂及（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄固体。

为了测定上述（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄固体混合物的组成，现称取该样品四份，分别加入相同浓度的NaOH溶液50.00 mL，加热至120 ℃左右，使氨气全部逸出〔（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄的分解温度均高于200 ℃〕，测得有关实验数据如下（标准状况）：

实验序号	样品的质量/g	NaOH溶液的体积/mL	氨气的体积/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组数据直接推测：用1.81 g样品进行同样实验时，生成氨气的体积（标准状况）为              L。

（2）试计算该混合物中（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄的物质的量之比为           。

（3）求所用NaOH溶液的物质的量浓度。（写出计算过程）

Answer 1

问题1：104

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

解析:

问题1：由题意，空气中O₂的含量为0.20，则110 L空气中V（O₂）=110 L×0.20=22 L。

4FeS₂+11O₂2Fe₂O₃+8SO₂

11 L                8 L

22 L                V(SO₂)

V（SO₂）=16 L，则反应后气体体积V（N₂）+V（SO₂）=110 L×80%+16 L=104 L

问题2：由题给数据，第2组样品质量是第1组的2倍，产生NH₃体积也是第1组的2倍；第3组样品质量是第1组的3倍，但产生NH₃体积小于第1组的3倍，则NaOH溶液在第1、2组中足量，在第3组中不足。

（1）用1.81 g样品进行实验，NaOH过量，产生的NH₃体积应为第1组的，即生成NH₃的体积为0.448 L。

（2）计算（NH₄）₂SO₄与NH₄HSO₄的物质的量之比，应根据第1组或第2组数据计算。

（NH₄）₂SO₄~2NH₃          NH₄HSO₄~NH₃

设（NH₄）₂SO₄物质的量为x，NH₄HSO₄物质的量为y，则有：

 

n〔(NH₄)₂SO₄〕∶n（NH₄HSO₄）=1∶2

（3）NaOH溶液的物质的量浓度应根据第3组或第4组数据计算，当NaOH不足时，NaOH先中和NH₄HSO₄电离出的H⁺，然后再和反应。

由（2）可知第3组中n〔（NH₄）₂SO₄〕=0.03 mol，n(NH₄HSO₄)=0.06 mol，则NH₄HSO₄电离的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