Question

鈉是活潑的堿金屬元素，鈉及其化合物在生產和生活中有廣泛的應用．
完成下列計算：
（1）疊氮化鈉（NaN₃）受撞擊分解產生鈉和氮氣，故可應用于汽車安全氣囊．若78克疊氮化鈉完全分解，產生標準狀況下氮氣

 

L．
（2）鈉-鉀合金可在核反應堆中用作熱交換液．5.05g鈉-鉀合金溶于200mL水生成0.075mol氫氣．計算溶液中氫氧化鈉的物質的量濃度

 

（忽略液體體積變化）．
（3）氫氧化鈉溶液處理鋁土礦并過濾，得到含鋁酸鈉的溶液．向該溶液中通入二氧化碳，有下列反應：2NaAl（OH）₄+CO₂→2Al（OH）₃↓+Na₂CO₃+H₂O
己知通入二氧化碳112L（標準狀況下），生成的Al（OH）₃和Na₂CO₃的物質的量之比為4：5．若向該溶液中通入的二氧化碳為224L（標準狀況下），計算生成的 Al（OH）₃和Na₂CO₃的物質的量的最大值．
（4）為測定某硫酸吸收含氨氣廢氣后，所得銨鹽中氮元素的質量分數，現將不同質量的銨鹽固體分別加入到50.00mL相同濃度的氫氧化鈉溶液中，沸水浴加熱至氣體全部逸出（此溫度下銨鹽不分解）．該氣體經干燥后用濃硫酸吸收完全，測定濃硫酸增加的質量．部分測定結果如下表：

銨鹽的質量/g	10.00	20.00	30.00	50.00
濃硫酸增加的質量/g	m	m	1.29	0

試回答：
該銨鹽的成分為

 

．
該銨鹽中氮元素的質量分數為：

 

（須列式計算）

Answer 1

分析：（1）根據疊氮化鈉分解的化學方程式結合生成的氮氣的質量可以計算出疊氮化鈉的質量；
（2）根據金屬的質量之和為5.05g及反應中產生的氣體來列式計算即可；
（3）先根據生成的Al（OH）₃和Na₂CO₃的物質的量之比為4：5得出溶液中含有氫氧化鈉，二氧化碳先與氫氧化鈉反應生成碳酸鈉，然后二氧化碳與NaAl（OH）₄反應生成Al（OH）₃和Na₂CO₃來計算；最后根據當溶液中的二氧化碳與NaAl（OH）₄恰好反應生成Al（OH）₃和Na₂CO₃時生成的 Al（OH）₃和Na₂CO₃的物質的量的達最大值；
（4）本反應歷程是：OH^-首先是和NH₄HSO₃中的H⁺反應，隨后有多的OH^-再和NH₄⁺反應放出氨氣，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，濃硫酸增加的質量就是氨氣的質量．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（因為OH^-不足）．

解答：解：（1）設產生標準狀況下氮氣xL，則
2NaN₃

撞擊  .

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

130g

78g

=

3×22.4L/mol

xL

解得：x=40.32，故答案為：40.32；     
（2）設鈉、鉀的物質的量分別為x、y，則
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的物質的量為0.05mol，其物質的量濃度為：

0.05mol

0.2L

=0.25mol/L，故答案為：0.25mol/L；
（3）根據生成的Al（OH）₃和Na₂CO₃的物質的量之比為4：5得出溶液中含有氫氧化鈉，112L二氧化碳的物質的量為：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的物質的量為6mol，參加反應的NaAl（OH）₄4mol，
若向該溶液中通入224L二氧化碳，即10mol（標準狀況下），當溶液中的二氧化碳與NaAl（OH）₄恰好反應生成Al（OH）₃和Na₂CO₃時生成的 Al（OH）₃和Na₂CO₃的物質的量的達最大值．
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的物質的量的最大值分別為14mol、10 mol，
答：生成的 Al（OH）₃和Na₂CO₃的物質的量的最大值分別為14mol、10 mol；
（4）從吸收塔出來的氣體用一定量氨水吸收，得到的銨鹽產品是（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄的混合物；本反應歷程是：OH^-首先是和NH₄HSO₄中的H⁺反應，隨后有多的OH^-再和NH₄⁺反應放出氨氣，所以隨著銨鹽的量的增大，NH₄HSO₄的量也增大，放出的氨氣的量會為0．
由題知銨鹽質量為30.00g時，產生0.076mol NH₃．該銨鹽中NH₄HSO₄先與NaOH溶液反應，2NH₄HSO₄+2NaOH=（NH₄）₂SO₄+Na₂SO₄+H₂O，只有當NH₄HSO₄中的H⁺消耗完全后，NH₄⁺才能與NaOH溶液反應產生NH₃，NH₄⁺+OH^-=NH₃↑+H₂O．據此判斷銨鹽質量為10.00g時NaOH溶液過量，銨鹽質量為20.00g和30.00g時，消耗的NaOH質量相等．
設10.00g銨鹽中NH₄HSO₄ 與（NH₄）₂SO₄的物質的量分別為X、Y，則有：

銨鹽質量/g	10.00	20.00	30.00	40.00
含NH4HSO4、（NH4）2SO4/mol	X、Y	2X、2Y	3X、3Y	4X、4Y
產生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．
則該銨鹽中氮元素的質量分數

(0.043mol+0.076mol)×14g/mol

10g

×100%=16.7%，
即銨鹽中氮元素的質量分數為16.7%，故答案為：（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄；16.7%．

點評：本題以元素化合物為載體命題，題目的難度較大，意在考查考生的計算能力和分析、推理能力．