Question

16．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，以回收高濃度的SO₂并得到副產品化肥（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄．為測定上述（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄固體混合物的組成，現稱取該樣品四份，分別加入相同濃度的NaOH溶液各40.00mL，加熱至120℃左右，使氨氣全部逸出[已知：（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄的分解溫度均高于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

（1）測定過程中有關反應的離子方程式為H⁺+OH^-=H₂O、NH₄⁺+OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+H₂O．
（2）3.7g該樣品進行同樣實驗時，生成的氨氣在標準狀況下體積為0.84L．
（3）試求算該混合物中（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Ⅲ組數據，并由此計算NaOH溶液的物質的量濃度，寫出計算過程．

Answer 1

分析 （1）（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄固體混合物中加入氫氧化鈉溶液，首先氫離子與氫氧化鈉溶液發生中和反應，然后銨根離子與氫氧根離子加熱反應生成氨氣，據此寫出反應的離子方程式；
（2）由數據Ⅰ和Ⅱ判斷此時氫氧化鈉過量，樣品步驟，生成氨氣的體積與樣品的質量成正比，據此計算出3.7g樣品生成氨氣的體積；
（3）Ⅱ中樣品完全反應，設出（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄的物質的量，然后根據氨氣的物質的量、樣品質量列式計算出二者的物質的量，再計算出二者的物質的量之比；
（4）根據Ⅲ組數據中進入22.2g樣品只生成了1.12L氨氣可知，此時氫氧化鈉溶液不足，可以根據Ⅲ中數據計算出氫氧化鈉溶液濃度；
先根據（3）計算出22.2g樣品中含有的NH₄HSO₄物質的量，再根據反應的先后順序H⁺+OH^-=H₂O，NH₄⁺+OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+H₂O計算出氫氧化鈉的物質的量，最后根據c=$\frac{n}{V}$計算出氫氧化鈉的物質的量濃度．

解答 解：（1）（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄固體混合物中加入氫氧化鈉溶液后加熱發生的反應有：氫離子與氫氧根離子反應生成水：H⁺+OH^-=H₂O、銨根離子與氫氧根離子在加熱條件下反應生成氨氣：NH₄⁺+OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+H₂O，
故答案為：H⁺+OH^-=H₂O、NH₄⁺+OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+H₂O；
（2）由Ⅰ和Ⅱ中的數據7.4 g：1.68 L=14.8 g：3.36 L可知：當樣品質量≤14.8 g時，NaOH足量，即樣品質量與氨氣體積比為定值，則3.7g樣品生成氨氣的體積為：V（NH₃）=$\frac{3.7g}{7.4g}$×1.68 L=0.84 L，
故答案為：0.84；
（3）設 （NH₄）₂SO₄、NH₄HSO₄物質的量分別為x、y，則：①2x+y=$\frac{1.68L}{22.4L/mol}$=0.075mol，②132x+115y=7.4g，
根據①②聯立解得：$\left\{\begin{array}{l}{x=0.0125mol}\\{y=0.05mol}\end{array}\right.$，
所以：n[（NH₄）₂SO₄]：n[NH₄HSO₄]=0.0125mol：0.05mol=1：4，
故答案為：1：4；
（4）根據表中數據可知，當Ⅲ中進入22.2g樣品時，比Ⅱ生成的氨氣體積小，說明氫氧化鈉已經不足，可以根據Ⅲ計算出氫氧化鈉溶液的濃度；
根據（3）可知，22.2g樣品中含NH₄HSO₄物質的量為：0.05mol×$\frac{22.2g}{7.4g}$=0.15mol，反應的先后順序為：H⁺+OH^-→H₂O，NH₄⁺+OH^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+H₂O，
求得n（NaOH）=0.15mol+$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.2mol，
則氫氧化鈉溶液的濃度為：c（NaOH）=$\frac{0.2mol}{0.04L}$=5mol/L，
故答案為：Ⅲ；22.2g樣品中含NH₄HSO₄物質的量為：0.05mol×$\frac{22.2g}{7.4g}$=0.15mol，反應的先后順序為：H⁺+OH^-→H₂O，NH₄⁺+OH^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+H₂O，
求得n（NaOH）=0.15mol+$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.2mol，
則氫氧化鈉溶液的濃度為：c（NaOH）=$\frac{0.2mol}{0.04L}$=5mol/L．

點評 本題考查了有關混合物的計算，題目難度較大，正確分析表中數據不能夠判斷過量情況為解答關鍵，注意掌握常見物質之間的反應原理，試題充分考查了學生的分析、理解能力及化學計算能力．