Question

某硫酸厂用接触法制硫酸：
（1）在煅烧黄铁矿时损失硫5%（质量分数，下同）；在SO₂的催化氧化时，SO₃的产率为92%；在吸收塔中损失SO₃0.6%．现有含FeS₂95%的黄铁矿（杂质不含硫元素）100t，可制得98%的浓硫酸

 

t．
（2）若该厂每小时生产a t98%（质量分数）硫酸．为使硫充分燃烧，且在下一步催化氧化时不再补充空气，要求燃烧后的混合气体中含氧气的体积分数为b%．若空气中氧气的体积分数为21%，且不考虑各生产阶段的物料损失，则该厂每小时消耗标准状况下空气的体积为

 

m³，b%的下限等于

 

．
（3）接触法制硫酸排放的尾气先用氨水吸收，再用浓硫酸处理，得到较高浓度的SO₂（循环利用）和混合铵盐．为测定此铵盐中氮元素的质量分数，将不同质量的铵盐样品分别加入到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．部分测定结果如下：
①铵盐质量为10.000g和20.000g时，浓硫酸增加的质量相同；
②铵盐质量为30.000g时，浓硫酸质量增重0.680g；
③铵盐质量为40.000g时，浓硫酸的质量不变．
通过计算推理求解该铵盐的成分和铵盐样品中氮元素的质量分数．（写出计算推理过程，计算结果用小数表示，并保留3位小数）

Answer 1

考点：化学方程式的有关计算,有关混合物反应的计算

专题：计算题

分析：（1）根据硫元素守恒结合关系式：FeS₂→2H₂SO₄来计算即可；
（2）根据硫元素守恒计算每小时生成硫酸的量以及每小时消耗空气的体积为，“b的下限”，其含义是指燃烧后剩余的O₂在第二步催化氧化时恰好完全反应；
（3）铵盐和强碱之间反应会产生氨，浓硫酸吗质量的增加量即为生成氨气的量，根据氮元素守恒列方程组计算．

解答： 解：（1）设可制得98%的硫酸的质量为xt．
由关系式     
    FeS₂→2H₂SO₄
   120           2×98
100×95%×（1-5%）×92%×（1-0.6%）  x?98%
120：[100×95%×（1-5%）×92%×（1-0.6%）]=2×98：x?98%，x=137.55（t），
故答案为：137.55；
（2）由S守恒，每小时生成：
n（S）=n（SO₂）=n（SO₃）=n（H₂SO₄）=（a×10⁶×98%）÷98=a×10⁴mol．
设每小时消耗空气的体积为V．
则由S+O₂

点燃  .

SO₂，n（燃烧耗O₂）=n（SO₂），且气体体积不变，据此可得以下关系：
空气中O₂的体积=燃烧耗O₂的体积+燃烧后混合气体中O₂的体积，
即V×21%=a×10⁴×22.4×10^-3+V×b%，解得V=

22400a

21-b

，“b的下限”，其含义是指燃烧后剩余的O₂在第二步催化氧化时恰好完全反应．
因S+O₂

点燃  .

SO₂和O₂+2SO₂

催化剂

△

2SO₃两步反应耗O₂（空气）之比为2：1，
故燃烧后（第一步反应后）混合气体中O₂的体积分数的下限是b%=

1

2+1

×21%=7%，
故答案为：

22400a

21-b

；7%；
（3）设50.00mLNaOH溶液含有NaOH为amol，10.000 g混合盐完全反应，假设其中NH₄HSO₄为xmol，（NH₄）₂SO₄为ymol．
则有：
115x+132y=0
x+2y=a-2x
a-3x=

0.68

17

解得：a=0.232
      x=0.064
      y=0.02（3分）
假设成立，该铵盐的成分为NH₄HSO₄和（NH₄）₂SO₄．
该铵盐样品中氮元素的质量分数=

(0.064+2×0.020)×14

10.000

×100%=14.6%，
答：该铵盐的成分为NH₄HSO₄和（NH₄）₂SO₄，铵盐样品中氮元素的质量分数为14.6%．

点评：本题涉及有关化学方程式的计算，注意守恒思想在解题中的应用是关键，难度中等．