Question

工业制硫酸的尾气中含较多的SO₂，为防止污染空气，回收利用SO₂，工业上常用氨水吸收法处理尾气．某校化学兴趣小组的同学为确定该方法所得固体的成分，称取该固体四份，溶于水后，分别逐滴加入相同浓度的硫酸溶液50mL，产生SO₂的体积（标准状况）如下表（实验时设法使水中溶解的SO₂几乎完全逸出）：

实验组别	①	②	③	④
硫酸溶液的体积（mL）	50	50	50	50
盐的质量（g）	9.260	13.890	20.835	32.410
二氧化硫的体积（mL）	1344	2016	3024	2464

（1）上述四组实验中，SO₂体积与固体的质量之比相同的组别有______；由第①组实验中的SO₂体积与固体的质量之比，可以推算用6.945g该固体进行同样的实验时，产生SO₂______mL（标准状况）；根据表中______两组数据变化可确认该固体中一定含有（NH₄）₂SO₃．
（2）另取9.260g该固体与足量的熟石灰共热，收集到标准状况的氨气的体积为3136mL，则该固体的成分除（NH₄）₂SO₃外还有______（填化学式），该实验中使用的硫酸的物质的量浓度为______．

Answer 1

解：（1）根据表中的数据，第①组实验中SO₂体积与固体的质量之比1344：9.26=145.14，第②组实验中SO₂体积与固体的质量之比2016：13.89=145.14，第③组实验中SO₂体积与固体的质量之比3024：20.835=145.14，第④组实验中固体质量增大，生成气体体积减小，SO₂体积与固体的质量之比小于145.14，故第①②③实验中SO₂体积与固体的质量之比相同；
第①组实验中的SO₂体积与固体的质量之比，可以推算用6.945g该固体进行同样的实验时，产生SO₂的体积为×1344mL=1008mL；
由数据可知第①组实验中固体完全反应由③④可知，增大固体的质量，产生二氧化硫的体积减小，说明④中盐过量，有一部分没有转化为二氧化硫，故盐中含有（NH₄）₂SO₃，
故答案为：①②③；1008；③④；
（2）9.260g该固体与足量的熟石灰共热，收集到标准状况的氨气的体积为3136mL，9.260g固体中含有n（NH₄⁺）==0.14mol．第①组实验中生成的二氧化硫的体积为=0.06mol，第④组中硫酸一定没有剩余，反应后所得溶液中含（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₃，故第④组中固体含S（生成二氧化硫）为×0.06mol=0.21mol，含有的NH₄⁺为×0.14mol=0.49mol，由于n（NH₄⁺）：n[S（生成二氧化硫）]：=0.49mol：0.21mol＞2：1，故固体中含有（NH₄）₂SO₄，若为（NH₄）₂SO₃、（NH₄）₂SO₄混合，则n[（NH₄）₂SO₃]=0.21mol，所以n[（NH₄）₂SO₄]==0.035mol，二者质量之和为0.21mol×116g/mol+0.035mol×132g/mol=28.98g＜32.410g，
故固体中还含有NH₄HSO₃，故原固体含有（NH₄）₂SO₃、（NH₄）₂SO₄、NH₄HSO₃；
设9.260 g固体中（NH₄）₂SO₃、NH₄HSO₃、（NH₄）₂SO₄的物质的量分别为x、y、z，则：
生成二氧化硫的物质的量为0.06mol，故x+y=0.06，
生成的氨气的物质的量为0.14mol，gu 2x+y+z=0.14，
三者的质量之和为9.26g，故116x+99y+132z=9.26 g，
联立方程解得：x=0.04 mol y=0.02 mol z=0.02 mol．
第④组中硫酸一定没有剩余，反应后所得溶液中含（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₃，生成的二氧化硫为=0.11mol，故反应后所得溶液中含NH₄HSO₃为0.21mol-0.11mol=0.1mol，则据电荷守恒得，所得溶液中含SO₄^2-的物质的量为：=0.195mol，原固体中含（NH₄）₂SO₄的0.02 mol×=0.07 mol，所以H₂SO₄的物质的量为0.195 mol-0.07 mol=0.125 mol，故c（H₂SO₄）==2.5 mol?L^-1，
故答案为：（NH₄）₂SO₄、NH₄HSO₃；2.5 mol?L^-1．
分析：（1）根据表中的数据，计算SO₂体积与固体的质量之比的比值，进行判断SO₂体积与固体的质量之比相同的组别；
由数据可知第①组实验中固体完全反应，利用SO₂体积与固体的质量之比计算．由③④可知，增大固体的质量，产生二氧化硫的体积减小，说明④中盐过量，有一部分没有转化为二氧化硫，故盐中含有（NH₄）₂SO₃；
（2）与足量的熟石灰共热，收集到标准状况的氨气的体积为3136mL，9.260g固体中含有n（NH₄⁺）==0.14mol．第①组实验中生成的二氧化硫的体积为=0.06mol，第④组中硫酸一定没有剩余，反应后所得溶液中含（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₃，故第④组中固体含S（生成二氧化硫）为×0.06mol=0.21mol，含有的NH₄⁺为×0.14mol=0.49mol，由于n（NH₄⁺）：n[S（生成二氧化硫）]：=0.49mol：0.21mol＞2：1，故固体一定含有（NH₄）₂SO₄，若为（NH₄）₂SO₃、（NH₄）₂SO₄混合，则n[（NH₄）₂SO₃]=0.21mol，所以n[（NH₄）₂SO₄]==0.035mol，二者质量之和为0.21mol×116g/mol+0.035mol×132g/mol=28.98g＜32.410g，故固体中还含有NH₄HSO₃；
第④组中硫酸一定没有剩余，反应后所得溶液中含（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₃，根据生成n（SO₂）计算溶液中n（NH₄HSO₃），利用电荷守恒计算溶液中n[（NH₄）₂SO₄]，根据第①组实验中数据计算各组分的物质的量，利用质量关系计算第④组实验固体所含有n（SO₄^2-），溶液中n（SO₄^2-）减去固体含有的n（SO₄^2-）为硫酸提供的硫酸根的物质的量，据此计算．
点评：本题考查化学计算、物质组成的测定等，属于计算型推断题，难度很大，判断固体的组成是解题的关键，计算量大，充分利用数据计算确定组成，需要学生具有扎实的基础知识、良好的心理素质与综合运用知识分析解决问题的能力．