Question

硫酸工業(yè)中通常將尾氣轉(zhuǎn)化為銨鹽（硫酸銨、硫酸氫銨），既能防止對大氣的污染，又能充分利用原料．
某廠硫酸工業(yè)尾氣中SO₂、O₂的體積分?jǐn)?shù)分別為0.4%和0.5%．常溫下將a L硫酸工業(yè)尾氣和b L空氣（設(shè)空氣中O₂的體積分?jǐn)?shù)為20.5%，且不含SO₂）混合，使SO₂的體積分?jǐn)?shù)由0.4%降為0.2%．
請回答下列問題：
（1）a：b=

 

；
（2）混合氣體中O₂的體積分?jǐn)?shù)為

 

；
在400℃時，將上述混合氣體以5×10³L/h的速率通過V₂O₅催化劑層后，再與NH₃混合，同時緩慢噴入冷水，此時氣體溫度迅速由約400℃下降為200℃，在熱的結(jié)晶裝置中得到（NH₄）₂SO₄晶體．
（3）生產(chǎn)中，NH₃的通過速率約為

 

L/h時，原子利用率最高（設(shè)SO₂的轉(zhuǎn)化率為100%）．
為測定某工廠得到的銨鹽中氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，將不同質(zhì)量的銨鹽分別加入到50.00mL相同濃度的NaOH溶液中，沸水浴加熱至氣體全部逸出（此溫度下銨鹽不分解）．該氣體經(jīng)干燥后用濃硫酸吸收完全，測定濃硫酸增加的質(zhì)量．部分測定結(jié)果如下：
銨鹽質(zhì)量為10.00g和20.00g時，濃硫酸增加的質(zhì)量相同；銨鹽質(zhì)量為30.00g時，濃硫酸增加的質(zhì)量為0.68g；銨鹽質(zhì)量為40.00g時，濃硫酸的質(zhì)量不變．
（4）計算該銨鹽中氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（5）若銨鹽質(zhì)量為15.00g，計算濃硫酸增加的質(zhì)量．（計算結(jié)果保留兩位小數(shù)）

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)方程式的有關(guān)計算

專題：計算題

分析：（1）0.4%降為0.2%根據(jù)二氧化硫體積不變，所以總體積必須變?yōu)樵瓉淼?倍進(jìn)行分析；
（2）設(shè)通入空氣體積與硫酸工業(yè)廢氣體積都為100L進(jìn)行計算；
（3）根據(jù)兩個方程式推出而二氧化硫與氨氣的體積比，再根據(jù)二氧化硫的體積計算出氨氣的體積；
（4）得到的銨鹽產(chǎn)品是（NH₄）₂SO₃和NH₄HSO₃的混合物；
（5）OH^-首先是和NH₄HSO₃中的H⁺反應(yīng)，隨后有多的OH^-再和NH₄⁺反應(yīng)放出氨氣，所以隨著銨鹽的量的增大，NH₄HSO₃的量也增大，放出的氨氣的量會為0．濃硫酸增加的質(zhì)量就是氨氣的質(zhì)量．第一次和第二次放出的氨氣的量是一樣的，所以說第一次肯定是OH^-的量過量．利用第二次的量計算（因?yàn)槭荗H^-不足）．

解答： 解：（1）SO₂的體積分?jǐn)?shù)由0.4%降為0.2%因?yàn)槎�氧化硫體積不變，所以總體積必須變?yōu)樵瓉淼?倍，即空氣與尾氣的體積比為1：1；故答案為：1：1；
（2）設(shè)通入空氣體積與硫酸工業(yè)廢氣體積都為100L則含氧氣的體積為：100L×0.5%+100L×20.5%=21L，則混合后氧氣體積分?jǐn)?shù)為

21L

200L

=10.5%，
故答案為：10.5%；
（3）由通入空氣后的硫酸工業(yè)尾氣以5×10³L/h的速率通過V₂O₅催化劑，可知通過二氧化硫的體積是5×10³L/h×0.2%=10L/h；由2SO₂+O₂

催化劑 .

△

2SO₃； SO₃+H₂O+2NH₃=（NH₄）₂SO₄可推出二氧化硫與氨氣的分子個數(shù)比為1：2，所以體積比也是1：2，所以氨氣的速率為20L/h；故答案為：20；
（4）得到的銨鹽產(chǎn)品是（NH₄）₂SO₃和NH₄HSO₃的混合物；本反應(yīng)歷程是：OH^-首先是和NH₄HSO₃中的H⁺反應(yīng)，隨后有多的OH^-再和NH₄⁺反應(yīng)放出氨氣，所以隨著銨鹽的量的增大，NH₄HSO₃的量也增大，放出的氨氣的量會為0；
由題知銨鹽質(zhì)量為30.00g時，產(chǎn)生0.04molNH₃．該銨鹽中NH₄HSO₄先與NaOH溶液反應(yīng)，2NH₄HSO₄+2NaOH=（NH₄）₂SO₄+Na₂SO₄+H₂O，只有當(dāng)NH₄HSO₄中的H⁺消耗完全后，NH₄⁺才能與NaOH溶液反應(yīng)產(chǎn)生NH₃，NH₄⁺+OH^-=NH₃↑+H₂O．據(jù)此判斷銨鹽質(zhì)量為10.00g時NaOH溶液過量，銨鹽質(zhì)量為20.00g和30.00g時，消耗的NaOH質(zhì)量相等．設(shè)10.00g銨鹽中NH₄HSO₄ 與（NH₄）₂SO₄的物質(zhì)的量分別為X、Y，n（NH₃）=n（OH^-）-n（H⁺），則有：

銨鹽質(zhì)量/g	10.00	20.00	30.00	40.00
含NH4HSO4、（NH4）2SO4/mol	X、Y	2X、2Y	3X、3Y	4X、4Y
產(chǎn)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．則該銨鹽中氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

(0.064+2×0.02)mol×14g/mol

10.0g

×100%=14.56%，
答：該銨鹽中氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.565；
（5）由15.00 g銨鹽與NaOH溶液反應(yīng)產(chǎn)生的NH₃可知濃硫酸增加的質(zhì)量，由上面討論可知此NaOH溶液中共有0.232molNaOH，當(dāng)銨鹽質(zhì)量為15.00g時含0.096mol NH₄HSO₄和0.03mol （NH₄）₂SO₄，共有NH₄⁺和H⁺ 0.252mol，故NaOH不足，此時產(chǎn)生n（NH₃）=（0.232-0.096）mol=0.136mol，NH₃的質(zhì)量=0.136mol×17g/mol=2.31g答：濃硫酸增加的質(zhì)量為2.31g．

點(diǎn)評：本題考查了工業(yè)制硫酸的基本原理，考查化學(xué)平衡的影響因素和化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素，以硫酸工業(yè)尾氣的吸收為載體考查化學(xué)計算，涉及混合物計算，過量問題的計算、范圍討論型計算、信息遷移型計算、NH₄⁺、H⁺與NaOH溶液反應(yīng)的先后順序等知識，定性與定量相結(jié)合，綜合性強(qiáng)，題目難度較大．