Question

钠是活泼的碱金属元素，钠及其化合物在生产和生活中有广泛的应用．
完成下列计算：
（1）叠氮化钠（NaN₃）受撞击分解产生钠和氮气，故可应用于汽车安全气囊．若78克叠氮化钠完全分解，产生标准状况下氮气

 

L．
（2）钠-钾合金可在核反应堆中用作热交换液．5.05g钠-钾合金溶于200mL水生成0.075mol氢气．计算溶液中氢氧化钠的物质的量浓度

 

（忽略液体体积变化）．
（3）氢氧化钠溶液处理铝土矿并过滤，得到含铝酸钠的溶液．向该溶液中通入二氧化碳，有下列反应：2NaAl（OH）₄+CO₂→2Al（OH）₃↓+Na₂CO₃+H₂O
己知通入二氧化碳112L（标准状况下），生成的Al（OH）₃和Na₂CO₃的物质的量之比为4：5．若向该溶液中通入的二氧化碳为224L（标准状况下），计算生成的 Al（OH）₃和Na₂CO₃的物质的量的最大值．
（4）为测定某硫酸吸收含氨气废气后，所得铵盐中氮元素的质量分数，现将不同质量的铵盐固体分别加入到50.00mL相同浓度的氢氧化钠溶液中，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．部分测定结果如下表：

铵盐的质量/g	10.00	20.00	30.00	50.00
浓硫酸增加的质量/g	m	m	1.29	0

试回答：
该铵盐的成分为

 

．
该铵盐中氮元素的质量分数为：

 

（须列式计算）

Answer 1

分析：（1）根据叠氮化钠分解的化学方程式结合生成的氮气的质量可以计算出叠氮化钠的质量；
（2）根据金属的质量之和为5.05g及反应中产生的气体来列式计算即可；
（3）先根据生成的Al（OH）₃和Na₂CO₃的物质的量之比为4：5得出溶液中含有氢氧化钠，二氧化碳先与氢氧化钠反应生成碳酸钠，然后二氧化碳与NaAl（OH）₄反应生成Al（OH）₃和Na₂CO₃来计算；最后根据当溶液中的二氧化碳与NaAl（OH）₄恰好反应生成Al（OH）₃和Na₂CO₃时生成的 Al（OH）₃和Na₂CO₃的物质的量的达最大值；
（4）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，浓硫酸增加的质量就是氨气的质量．第一次和第二次放出的氨气的量是一样的，所以说第一次肯定是OH^-的量过量．利用第二次的量计算（因为OH^-不足）．

解答：解：（1）设产生标准状况下氮气xL，则
2NaN₃

撞击  .

  2Na+3N₂↑
130g              3×22.4L/mol
78g                xL

130g

78g

=

3×22.4L/mol

xL

解得：x=40.32，故答案为：40.32；     
（2）设钠、钾的物质的量分别为x、y，则
2Na+2H₂O═2NaOH+H₂↑、2K+2H₂O═2KOH+H₂↑、
x          x    

x

2

       y            

y

2

   
 

x

2

+

y

2

=0.075，
 23X+39Y=5.05
解得：x=0.05mol，y=0.1mol，NaOH的物质的量为0.05mol，其物质的量浓度为：

0.05mol

0.2L

=0.25mol/L，故答案为：0.25mol/L；
（3）根据生成的Al（OH）₃和Na₂CO₃的物质的量之比为4：5得出溶液中含有氢氧化钠，112L二氧化碳的物质的量为：5mol，
2NaOH+CO₂→Na₂CO₃+H₂O
 2x      x     x  
2NaAl（OH）₄+CO₂→2Al（OH）₃↓+Na₂CO₃+H₂O，
  2y         y       2y         y  

2y

x+y

=

4

5

，
x+y=5
解得：x=3，y=2，NaOH的物质的量为6mol，参加反应的NaAl（OH）₄4mol，
若向该溶液中通入224L二氧化碳，即10mol（标准状况下），当溶液中的二氧化碳与NaAl（OH）₄恰好反应生成Al（OH）₃和Na₂CO₃时生成的 Al（OH）₃和Na₂CO₃的物质的量的达最大值．
2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O
 6mol      3mol    3mol
2NaAl（OH）₄+CO₂=2Al（OH）₃↓+Na₂CO₃+H₂O
           7mol     14mol      7mol
生成的 Al（OH）₃和Na₂CO₃的物质的量的最大值分别为14mol、10 mol，
答：生成的 Al（OH）₃和Na₂CO₃的物质的量的最大值分别为14mol、10 mol；
（4）从吸收塔出来的气体用一定量氨水吸收，得到的铵盐产品是（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄的混合物；本反应历程是：OH^-首先是和NH₄HSO₄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，NH₄HSO₄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0.076mol NH₃．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，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	0.076mol	0
消耗NaOH/mol	2X+2Y	3X+2Y	3X+0.076mol	3X+0.076mol

因此3X+2Y=3X+0.076mol，解得2Y=0.076mol，又115X+132Y=10.00，得X=0.043mol．
则该铵盐中氮元素的质量分数

(0.043mol+0.076mol)×14g/mol

10g

×100%=16.7%，
即铵盐中氮元素的质量分数为16.7%，故答案为：（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄；16.7%．

点评：本题以元素化合物为载体命题，题目的难度较大，意在考查考生的计算能力和分析、推理能力．