Question

某硫酸廠(chǎng)用接觸法制硫酸：
（1）在煅燒黃鐵礦時(shí)損失硫5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）；在SO₂的催化氧化時(shí)，SO₃的產(chǎn)率為92%；在吸收塔中損失SO₃0.6%．現(xiàn)有含F(xiàn)eS₂95%的黃鐵礦（雜質(zhì)不含硫元素）100t，可制得98%的濃硫酸

 

t．
（2）若該廠(chǎng)每小時(shí)生產(chǎn)a t98%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）硫酸．為使硫充分燃燒，且在下一步催化氧化時(shí)不再補(bǔ)充空氣，要求燃燒后的混合氣體中含氧氣的體積分?jǐn)?shù)為b%．若空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為21%，且不考慮各生產(chǎn)階段的物料損失，則該廠(chǎng)每小時(shí)消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣的體積為

 

m³，b%的下限等于

 

．
（3）接觸法制硫酸排放的尾氣先用氨水吸收，再用濃硫酸處理，得到較高濃度的SO₂（循環(huán)利用）和混合銨鹽．為測(cè)定此銨鹽中氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，將不同質(zhì)量的銨鹽樣品分別加入到50.00mL相同濃度的NaOH溶液中，沸水浴加熱至氣體全部逸出（此溫度下銨鹽不分解）．該氣體經(jīng)干燥后用濃硫酸吸收完全，測(cè)定濃硫酸增加的質(zhì)量．部分測(cè)定結(jié)果如下：
①銨鹽質(zhì)量為10.000g和20.000g時(shí)，濃硫酸增加的質(zhì)量相同；
②銨鹽質(zhì)量為30.000g時(shí)，濃硫酸質(zhì)量增重0.680g；
③銨鹽質(zhì)量為40.000g時(shí)，濃硫酸的質(zhì)量不變．
通過(guò)計(jì)算推理求解該銨鹽的成分和銨鹽樣品中氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．（寫(xiě)出計(jì)算推理過(guò)程，計(jì)算結(jié)果用小數(shù)表示，并保留3位小數(shù)）

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)方程式的有關(guān)計(jì)算,有關(guān)混合物反應(yīng)的計(jì)算

專(zhuān)題：計(jì)算題

分析：（1）根據(jù)硫元素守恒結(jié)合關(guān)系式：FeS₂→2H₂SO₄來(lái)計(jì)算即可；
（2）根據(jù)硫元素守恒計(jì)算每小時(shí)生成硫酸的量以及每小時(shí)消耗空氣的體積為，“b的下限”，其含義是指燃燒后剩余的O₂在第二步催化氧化時(shí)恰好完全反應(yīng)；
（3）銨鹽和強(qiáng)堿之間反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生氨，濃硫酸嗎質(zhì)量的增加量即為生成氨氣的量，根據(jù)氮元素守恒列方程組計(jì)算．

解答： 解：（1）設(shè)可制得98%的硫酸的質(zhì)量為xt．
由關(guān)系式     
    FeS₂→2H₂SO₄
   120           2×98
100×95%×（1-5%）×92%×（1-0.6%）  x?98%
120：[100×95%×（1-5%）×92%×（1-0.6%）]=2×98：x?98%，x=137.55（t），
故答案為：137.55；
（2）由S守恒，每小時(shí)生成：
n（S）=n（SO₂）=n（SO₃）=n（H₂SO₄）=（a×10⁶×98%）÷98=a×10⁴mol．
設(shè)每小時(shí)消耗空氣的體積為V．
則由S+O₂

點(diǎn)燃  .

SO₂，n（燃燒耗O₂）=n（SO₂），且氣體體積不變，據(jù)此可得以下關(guān)系：
空氣中O₂的體積=燃燒耗O₂的體積+燃燒后混合氣體中O₂的體積，
即V×21%=a×10⁴×22.4×10^-3+V×b%，解得V=

22400a

21-b

，“b的下限”，其含義是指燃燒后剩余的O₂在第二步催化氧化時(shí)恰好完全反應(yīng)．
因S+O₂

點(diǎn)燃  .

SO₂和O₂+2SO₂

催化劑

△

2SO₃兩步反應(yīng)耗O₂（空氣）之比為2：1，
故燃燒后（第一步反應(yīng)后）混合氣體中O₂的體積分?jǐn)?shù)的下限是b%=

1

2+1

×21%=7%，
故答案為：

22400a

21-b

；7%；
（3）設(shè)50.00mLNaOH溶液含有NaOH為amol，10.000 g混合鹽完全反應(yīng)，假設(shè)其中NH₄HSO₄為xmol，（NH₄）₂SO₄為ymol．
則有：
115x+132y=0
x+2y=a-2x
a-3x=

0.68

17

解得：a=0.232
      x=0.064
      y=0.02（3分）
假設(shè)成立，該銨鹽的成分為NH₄HSO₄和（NH₄）₂SO₄．
該銨鹽樣品中氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

(0.064+2×0.020)×14

10.000

×100%=14.6%，
答：該銨鹽的成分為NH₄HSO₄和（NH₄）₂SO₄，銨鹽樣品中氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.6%．

點(diǎn)評(píng)：本題涉及有關(guān)化學(xué)方程式的計(jì)算，注意守恒思想在解題中的應(yīng)用是關(guān)鍵，難度中等．