Question

硫酸是化学工业中的重要原料，我国已成为全球硫酸产能最高、产量最大的国家．
（1）18.4mol/L（质量分数0.98，密度1.84g/cm³）浓硫酸是常用的干燥剂，用于吸收潮湿气体中的水蒸气．当浓硫酸浓度降到16mol/L（密度1.8g/cm³）以下时，则失去干燥能力．
①16mol/L的硫酸的质量分数为

 

（保留两位小数，下同）．
②50mL质量分数为0.98的浓硫酸作为干燥剂时，最多可吸水

 

g．
（2）将铁粉与硫粉在隔绝空气条件下反应所得的固体M 19.840g，与足量稀硫酸反应，收集到气体5.376L（换算到标准状况），质量为6.880g．则固体M的成分为

 

（写化学式），其中铁元素与硫元素的质量比为

 

．
（3）当代硫酸工业大多用接触法制硫酸（设空气中氧气的体积分数为0.20）．
①为使黄铁矿煅烧充分，常通入过量40%的空气，则煅烧后炉气中SO₂的体积分数为

 

．
②将①中的炉气经净化除尘后直接送入接触室，流量为1.00m³/s，从接触室导出气体的流量为0.95m³/s（同温同压下测定），则SO₂的转化率为

 

%．
（4）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：
铵盐质量为10.000g和20.000g时，浓硫酸增加的质量相同；
铵盐质量为30.000g时，浓硫酸质量增重0.680g；
铵盐质量为40.000g时，浓硫酸的质量不变．
①计算该混合盐中氮元素的质量分数．
②计算上述氢氧化钠溶液的物质的量浓度．

Answer 1

考点：化学方程式的有关计算,物质的量浓度的相关计算

专题：计算题

分析：（1）①根据c=

1000ρω

M

计算16mol/L的硫酸的质量分数；
②令吸收水的质量为mg，根据稀释前后溶质硫酸的质量不变列方程计算；
（2）收集到气体5.376L（换算到标准状况），质量为6.880g，则气体的摩尔质量=

6.88g

5.376L 22.4L/mol

=28.67，故气体为H₂S与H₂的混合气体，则固体M的成分为FeS、Fe，令FeS、Fe的物质的量分别为xmol、ymol，则生成H₂S为xmol、生成H₂为ymol，根据固体M的质量及气体质量列方程，再根据m=nM计算质量Fe、S元素质量之比；
（3）①发生反应：4FeS₂+11O₂

点燃  .

2Fe₂O₃+8SO₂，设生成8molSO₂，则参加反应的氧气11mol，进而计算实际通入的O₂物质的量，再计算空气中氮气的物质的量、剩余氧气物质的量，进而计算二氧化硫的体积分数；
②接触室中发生反应：O₂+2SO₂

催化剂 .

△

2SO₃，设进入接触室的气体体积为1L，由流量关系可知，从接触室导出气体为0.95L，根据气体体积差量，利用差量法计算参加反应二氧化硫的体积，进而计算二氧化硫的转化率；
（4）混合铵盐为NH₄HSO₄、（NH₄）₂SO₄，氢氧根先与氢离子反应，再与铵根离子反应，若铵盐质量为10.000g和20.000g时，浓硫酸增加的质量相同，说明加入10g铵盐时，氢氧化钠过量，20g时氢氧化钠不足；若铵盐质量为30.000g时，浓硫酸质量增重0.680g，说明只有部分铵根离子参加反应；若铵盐质量为40.000g时，浓硫酸的质量不变，说明氢氧化钠不足，没有与铵根离子反应生成氨气；
设50.00mLNaOH溶液含有NaOH为amol，10.000 g混合盐完全反应，假设NH₄HSO₄为xmol，（NH₄）₂SO₄为ymol，根据二者质量列方程；
10.00 g时铵盐不足，由N守恒知生成n（NH₃）=x+2y，20.00 g时铵盐已经过量，NH₄HSO₄为2xmol，（NH₄）₂SO₄为2ymol，先发生H⁺+OH^-=H₂O，再发生NH₄⁺+OH^-

△   .

NH₃+H₂O，表示出生成氨气的物质的量，再根据10.00 g和20.00 g铵盐产生的氨气一样多列方程；
30.00 g时铵盐过量，NH₄HSO₄为3xmol，（NH₄）₂SO₄为3ymol，生成n（NH₃）=

0.68g

17g/mol

=0.04mol，先发生H⁺+OH^-=H₂O，再发生NH₄⁺+OH^-

△   .

NH₃+H₂O，表示出生成氨气的物质的量，结合氢气物质的量列方程；
联立方程计算a、x、y的值，进而计算N元素质量分数、氢氧化钠溶液的物质的量浓度．

解答： 解：（1）①根据c=

1000ρω

M

可知，密度1.8g/cm³、浓度为16mol/L的硫酸的质量分数=

16×98

1000×1.8

=0.87，故答案为：0.87；
②令吸收水的质量为mg，根据稀释前后溶质硫酸的质量不变，则：
50mL×1.84g/mL×0.98=（50mL×1.84g/mL+mg）×

16×98

1000×1.8

，
解得m=11.5，
故答案为：11.5；
（2）收集到气体5.376L（换算到标准状况），质量为6.880g，则气体的摩尔质量=

6.88g

5.376L 22.4L/mol

=28.67，故气体为H₂S与H₂的混合气体，则固体M的成分为FeS、Fe，令FeS、Fe的物质的量分别为xmol、ymol，则生成H₂S为xmol、生成H₂为ymol，故

88x+56y=19.84 34x+2y=6.88

，解得x=0.2  y=0.04，所以铁元素与硫元素的质量之比为：（0.2+0.04）×56：0.2×32=21：10，
故答案为：FeS、Fe；21：10；
（3）①发生反应：4FeS₂+11O₂

点燃  .

2Fe₂O₃+8SO₂，设生成8molSO₂，则参加反应的氧气11mol，实际通入的O₂为（1+40%）×11mol=15.4mol，所以空气中氮气为4×15.4mol=61.6mol，剩余氧气为15.4mol-11mol=4.4mol，则煅烧后炉气中SO₂的体积分数为

8mol

8mol+4.4mol+61.6mol

=0.11，
故答案为：0.11；
②接触室中发生反应：O₂+2SO₂

催化剂 .

△

2SO₃，设进入接触室的气体体积为1L，由流量关系可知，从接触室导出气体为0.95L，气体体积减小量=1L-0.95L=0.05L，由方程式可知有2体积二氧化硫反应，气体总体积减小1体积，故参加反应的二氧化硫为0.05L×2=0.1L，进入接触室的气体中体SO₂的积为1L×

8mol

8mol+4.4mol+61.6mol

=

4

37

L，故二氧化硫的转化率=

0.1L

4 37 L

×100%=92.5%，
故答案为：92.5；
（4）混合铵盐为NH₄HSO₄、（NH₄）₂SO₄，氢氧根先与氢离子反应，再与铵根离子反应，若铵盐质量为10.000g和20.000g时，浓硫酸增加的质量相同，说明加入10g铵盐时，氢氧化钠过量，20g时氢氧化钠不足；若铵盐质量为30.000g时，浓硫酸质量增重0.680g，说明只有部分铵根离子参加反应；若铵盐质量为40.000g时，浓硫酸的质量不变，说明氢氧化钠不足，没有与铵根离子反应生成氨气，
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，由二者质量之和可得：115x+132y=10；
10.00 g时铵盐不足，由N守恒知n（NH₃）=x+2y，20.00 g时铵盐已经过量，NH₄HSO₄为2xmol，（NH₄）₂SO₄为2ymol，则：
H⁺+OH^-=H₂O
2x 2x
NH₄⁺+OH^-

△   .

NH₃+H₂O，
  （a-2x）（a-2x）
由于10.00 g和20.00 g铵盐产生的氨气一样多，n（NH₃）=x+2y=a-2x；
30.00 g时铵盐过量，NH₄HSO₄为3xmol，（NH₄）₂SO₄为3ymol，则n（NH₃）=

0.68g

17g/mol

=0.04mol，则：
H⁺+OH^-=H₂O
3x 3x
NH₄+OH^-

△   .

NH₃+H₂O，
 （a-3x）（a-3x）
所以a-3x=0.04；
联立方程，解得a=0.232，x=0.064，y=0.02
①该混合盐中氮元素的质量分数=

(0.064+2×0.02)×14

10

×100%=14.56%，
②上述氢氧化钠溶液的物质的量浓度=

0.232mol

0.05L

=4.64mol/L，
答：①该混合盐中氮元素的质量分数为14.56%．
②上述氢氧化钠溶液的物质的量浓度为4.64mol/L．

点评：本题综合性较大，涉及溶液浓度计算、化学方程式计算、混合物计算，题目计算量大，过程复杂，综合考查学生分析解决问题的能力，难度较大．