Question

為了防治環境污染并對尾氣進行綜合利用，某硫酸廠用氨水吸收尾氣中的SO₂，再向吸收液中加入濃硫酸，以制取高濃度的SO₂及(NH₄)₂SO₄和NH₄HSO₄固體。為測定上述(NH₄)₂SO₄和NH₄HSO₄固體混合物的組成，現稱取樣品四份，分別加入相同濃度的NaOH溶液各40.00 mL，加熱至120 ℃左右，使氨氣全部逸出〔(NH₄)₂SO₄和NH₄HSO₄分解溫度均高于200 ℃〕，測得有關實驗數據如下（標準狀況）：

實驗序號	樣品的質量/g	NaOH溶液的體積/mL	氨氣的體積/L
Ⅰ	7.4	40.00	1.68
Ⅱ	14.8	40.00	3.36
Ⅲ	22.2	40.00	1.12
Ⅳ	37.0	40.00	0.00

（1）寫出實驗過程中有關的離子方程式。

（2）由表格數據直接推測標準狀況下3.7 g樣品進行同樣實驗時，生成氨氣的體積為多少升？

（3）試計算該混合物中(NH₄)₂SO₄和NH₄HSO₄的物質的量之比。

（4）欲計算該NaOH溶液的物質的量濃，度應選擇第_________組數據，由此求得NaOH溶液的物質的量濃度為多少？

Answer 1

（1）H⁺+OH^-====H₂O和+OH^-NH₃↑+H₂O

（2）0.84  （3）1∶4  （4）Ⅲ  5 mol·L^-1

解析:

分析Ⅰ、Ⅱ兩組數據可知，因為樣品Ⅱ的質量剛好是樣品Ⅰ的質量的兩倍，而Ⅱ中產生的氣體體積也剛好是Ⅰ中的兩倍，說明樣品Ⅰ中的(NH₄)₂SO₄和NH₄HSO₄均已完全反應，NaOH則肯定有剩余；樣品Ⅱ中的(NH₄)₂SO₄和NH₄HSO₄也已反應完全，但NaOH可能剛好反應完全也可能有剩余。要計算樣品中(NH₄)₂SO₄和NH₄HSO₄的量應該用第Ⅰ組或第Ⅱ組數據；而計算NaOH的量則要用第Ⅲ組數據。

(1)反應的離子方程式為H⁺+OH^-====H₂O（或+OH^-====H₂O+）、+OH^-NH₃↑+H₂O。

(2)因為樣品Ⅰ中7.4 g(NH₄)₂SO₄和NH₄HSO₄的混合物完全反應時產生氣體1.68 L，因此，3.7 g樣品進行同樣實驗時(NH₄)₂SO₄和NH₄HSO₄也應完全反應，因此其生成的氨氣的體積應該為Ⅰ中的一半，即0.84 L。

(3)用第Ⅰ組（或第Ⅱ組）數據來計算均可。設7.4 g樣品中(NH₄)₂SO₄和NH₄HSO₄的物質的量分別為x、y。則根據氮元素守恒有2x+y=1.68/22.4=0.075 ……①，又據質量守恒有132x+115y=7.4 ……②，①②聯立方程組解得：x=0.0125 mol，y=0.05 mol。故樣品中(NH₄)₂SO₄和NH₄HSO₄物質的量之比為1∶4。(4)因為第Ⅲ組數據為在第Ⅱ組數據的基礎上再加入7.4 g樣品，卻只產生1.12 L氣體（比7.4 g樣品完全反應時所產生的氣體少），說明此時NaOH已耗盡，并未反應完。因此計算NaOH溶液的物質的量濃度應選擇第Ⅲ組數據。因為第Ⅲ組中樣品剛好為Ⅰ的3倍。所以據(3)的答案可知22.2 g樣品中(NH₄)₂SO₄和NH₄HSO₄的物質的量應分別為3×0.0125 mol和3×0.05 mol。此時反應發生的次序有

H⁺      +      OH^-====H₂O                                                 ①

1              1

3×0.05 mol     0.15mol

+OH^- ==== NH₃↑+ H₂O                                                 ②

1              1

0.05 mol        1.12/22.4

即共消耗NaOH(0.15 mol+0.05 mol)=0.2 mol，故NaOH溶液的物質的量濃度為0.2 mol/0.04 L=5 mol·L^-1。