Question

2009年北京高考理综卷第28（5）题

【试题节选】（2009北京理综28（5））吸收塔排出的尾气先用氨水吸收，再用浓硫酸处理，得到较高浓度的SO2和铵盐。……为测定该铵盐中氮元素的质量分数，将不同质量的铵盐分别加入到50.00mL相同浓度的NaOH溶液中，沸水浴加热至气体全部逸出(此温度下铵盐不分解)。该气体经干燥后用浓硫酸吸收完全，测定浓硫酸增加的质量。部分测定结果：铵盐质量为10.00g和20.00g 时，浓硫酸增加的质量相同；铵盐质量为30.00g时，浓硫酸增加的质量为0.68g；铵盐质量为40.00g时，浓硫酸的质量不变。计算：该铵盐中氮元素的质量分数是          %； 若铵盐质量为15.00g。 浓硫酸增加的质量为       g。 （计算结果保留两位小数）

Answer 1

【解析】本题以硫酸工业尾气的吸收为载体考查化学计算，涉及混合物计算，过量问题的计算、范围讨论型计算、信息迁移型计算、NH4+、H+与NaOH溶液反应的先后顺序等知识，定性与定量相结合，综合性强，难度较大。
（1）铵盐成分的确定。
已知NaOH的用量相同，根据“铵盐质量为40.00g时，浓硫酸的质量不变”可知其中含有H+，又根据“铵盐质量为10.00g和20.00g 时，浓硫酸增加的质量相同”推断出该铵盐为NH4HSO4 与(NH4)2SO4得混合物。
（2）计算氮元素的质量分数。
由题知铵盐质量为30.00g时，产生0.04molNH3。该铵盐中NH4HSO4先与NaOH溶液反应，2NH4HSO4+2NaOH=(NH4)2SO4+Na2SO4+H2O,只有当NH4HSO4中的H+消耗完全后，NH4+才能与NaOH溶液反应产生NH3，NH4++OH-=NH3↑+H2O。据此判断铵盐质量为10.00g时NaOH溶液过量，铵盐质量为20.00g和30.00g时，消耗的NaOH质量相等。设10.00g铵盐中NH4HSO4 与(NH4)2SO4的物质的量分别为X、Y，n(NH3)= n(OH-)- n(H+)，则有：
铵盐质量/g 10.00 20.00 30.00 40.00
含NH4HSO4、(NH4)2SO4/mol X、Y 2X 、2Y 3X、3Y 4X 、4Y
产生NH3/mol X+2Y X+2Y 0.04 0
消耗NaOH/mol 2X+2Y 3X+2Y 3X+0.04 3X+0.04
因此3X+2Y=3X+0.04，解得Y=0.02mol，又115X+132Y=10.00,得X=0.064mol。
则该铵盐中氮元素的质量分数= （0.064+2×0.02）×14／10.00=14.56%。
（3）计算15.00 g铵盐与NaOH溶液反应产生的NH3。
由上面讨论可知此NaOH溶液中共有0.232molNaOH，当铵盐质量为15.00g时含0.096mol NH4HSO4和0.03mol (NH4)2SO4，共有NH4+和H+ 0.252mol，故NaOH不足，此时产生n(NH3)=（0.232-0.096）mol=0.136mol，NH3的质量=0.136mol ×17g/mol=2.31g。