Question

為了預防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，現稱取該樣品4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固體分解的溫度均高于200 ℃〕，測得有關實驗數據如下：（標準狀況下）

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）實驗過程中有關反應的離子方程式為_________________________________________。

（2）由Ⅰ組數據直接推測：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__________L。

（3）試計算該混合物中（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄的物質的量之比為__________________。

（4）欲計算該NaOH溶液的物質的量濃度應該選擇__________組數據，由此求得NaOH溶液的物質的量濃度為________________。

Answer 1

解析：（1）（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄在溶液中是完全電離的，所以（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄固體混合物中加入NaOH溶液時，將有以下兩個離子反應發生H⁺+OH^-H₂O，+OH^-NH₃↑+H₂O。

（2）由表中數據可看出，當樣品質量由7.4 g增加到14.8 g時，釋放出的氣體體積由1.68 L增加到3.36 L，是成比例增加的，說明NaOH溶液此時是足量的。所以可推斷出當樣品的質量為3.7 g時，所釋放出的氣體體積應為1.68 L/2=0.84 L。

（3）設I組混合物中（NH₄）₂SO₄的物質的量為x mol，NH₄HSO₄的物質的量為y mol，依據表中的數據有：當混合物質量為14.8 g時，產生氣體NH₃的物質的量為3.36 L/22.4 L·mol^-1=0.15 mol。

（NH₄）₂SO₄—2NH₃      NH₄HSO₄—NH₃

  x mol              2x mol     y mol      y mol

  解此方程組得到：x=0.025,y=0.1。

所以，混合物中（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄的物質的量之比為0.025∶0.1=1∶4。

（4）分析表中數據，當加入樣品質量為22.2 g時，放出的氣體體積不再與樣品質量成比例，說明此時NaOH的量不足，但可以判斷出，此時的NaOH消耗完了全部的H⁺，并消耗了部分的。當加入樣品為37.0 g時，無氣體釋放，這表明此時NaOH全部被溶液中的H⁺消耗。計算該NaOH溶液的物質的量濃度應該選擇Ⅲ組數據進行計算。

結合（3）的計算結果可知，在22.2 g樣品中含（NH₄）₂SO₄應為0.025 mol×1.5=0.037 5 mol，含有NH₄HSO₄的物質的量為0.1 mol×1.5=0.15 mol。

由于H⁺—NaOH，則溶液中的H⁺消耗的NaOH為0.15 mol。

由于—NaOH—NH₃,溶液中的消耗的NaOH為1.12 L/2.24 L·mol^-1=0.05 mol。

所以，NaOH的總物質的量為0.15 mol+0.05 mol=0.2 mol。

NaOH溶液的物質的量濃度為0.2 mol/0.04 L=5 mol·L^-1。

答案：（1）H⁺+OH^-H₂O，+OH^-NH₃↑+H₂O  （2）0.84 （3）1∶4  （4）Ⅲ  5 mol·L^-1