Question

【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）

Answer 1

【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。