Question

（15分）工業制硫酸的尾氣中含較多的SO₂，為防止污染空氣，回收利用SO₂，工業上常用氨水吸收法處理尾氣。某校化學興趣小組的同學為確定該方法所得固體的成分，稱取該固體四份，溶于水后，分別逐滴加入相同濃度的硫酸溶液50 mL，產生SO₂的體積（標準狀況）如下表（實驗時設法使水中溶解的SO₂幾乎完全逸出）：

實驗組別	①	②	③	④
硫酸溶液的體積（mL）	50	50	50	50
鹽的質量（g）	9.260	13.890	20.835	32.410
二氧化硫的體積（mL）	1344	2016	3024	2464

⑴上述四組實驗中，SO₂體積與固體的質量之比相同的組別有__________________；由第①組實驗中的SO₂體積與固體的質量之比，可以推算用6.945 g該固體進行同樣的實驗時，產生SO₂_________mL(標準狀況)；根據表中           兩組數據變化可確認該固體中一定含有(NH₄)₂SO₃。
⑵另取9.260 g該固體與足量的熟石灰共熱，收集到標準狀況的氨氣的體積為3136 mL，則該固體的成分除(NH₄)₂SO₃外還有___________（填化學式），該實驗中使用的硫酸的物質的量濃度為_______________。

Answer 1

⑴①②③；1008 mL；③④；（每空3分，共9分）
⑵(NH₄)₂SO₄、NH₄HSO₃；  2.5 mol?L^-1（共6分）

（1）根據表中數據可知①②③中SO₂體積與固體的質量之比相同，都是根據第①組實驗中的SO₂體積與固體的質量之比可知，6.945 g該固體生成的SO₂是6.945 g/9.260g×1344ml＝1008 mL；根據③④可知，增加固體的質量，生成上網SO₂反而減少，這說明固體中一定含有亞硫酸銨。由于亞硫酸銨與酸反應是分步進行的，如果酸不足，則生成的SO₂就少。
（2）解法一：設9.260 g固體中(NH₄)₂SO₃、NH₄HSO₃、(NH₄)₂SO₄的物質的量分別為x、y、z
則      x ＋ y =" 0.06"       2x ＋ y ＋z = 0.14       116x ＋ 99y ＋ 132z =" 9.26" g
解得：x =" 0.04" mol y =" 0.02" mol  z="0.02" mol
第④組固體質量是第①組固體質量3.5倍，則第④組固體中(NH₄)₂SO₃、NH₄HSO₃、(NH₄)₂SO₄的物質的量分別為0.14 mol、0.07 mol、0.07 mol
消耗的硫酸的物質的量：n(H₂SO₄)=[n((NH₄)₂SO₃)+n(SO₂)]=(0.14 mol+)="0.125" mol
則c(H₂SO₄)=" 2.5" mol?L^-1
解法二：第④組中硫酸一定沒有剩余，反應后所得溶液中含(NH₄)₂SO₄和NH₄HSO₃
第④組中固體含S為  含NH₄⁺的0.14 mol×3.5 =" 0.49" mol
反應后所得溶液中含NH₄HSO₃為：
則據電荷守恒得，所得溶液中含SO₄^2—的物質的量為：（0.49 mol-0.1 mol）/2="0.195" mol
原固體中含(NH₄)₂SO₄的0.02 mol×3.5 =" 0.07" mol
∴H₂SO₄的物質的量為0.195 mol－0.07 mol =" 0.125" mol ∴c(H₂SO₄)=" 2.5" mol?L^-1（其他合理解法均給分）