Question

一次趣味化學活動中，王老師向同學們展示了一瓶標簽受損的無色溶液，如圖所示．要求同學們進行探究：確認這瓶溶液究竟是什么溶液？
【提出猜想】王老師提示：這瓶無色溶液只能是下面四種溶液中的一種：
①硫酸鎂溶液②硫酸鈉溶液③硫酸溶液④硫酸銨溶液
【查閱資料】（1）常溫下，相關物質的溶解度如下：

物質	MgSO4	Na2SO4	（NH4）2SO4	H2SO4
溶解度	35.1g	19.5g	75.4g	與水以任意比互溶

（2）（NH₄）₂SO₄的水溶液顯酸性
（3）含NH₄⁺的鹽與堿混合受熱，會放出NH₃
【實驗探究】（1）通過查閱資料，小明同學認為猜想②不成立，原因是

常溫下Na₂SO₄溶液的溶質質量分數不可能達到20%

．
（2）為確定其他幾種猜想是否正確，小明同學繼續進行探究：

實驗操作	實驗現象	實驗結論
①取該溶液少許于試管中，向其中滴加幾滴 NaOH 溶液	溶液中有白色沉淀生成	猜想①成立
②用玻璃棒蘸取少許原溶液滴在pH試紙上，和比色卡對照	溶液的pH小于7	猜想③成立

小雅同學認為小明實驗操作②的結論不正確，她的理由是

（NH₄）₂SO₄溶液也呈酸性

．
（3）請你設計實驗方案，確認該溶液是硫酸銨溶液并完成實驗報告：

實驗操作	實驗現象	實驗結論
取該溶液少許于試管中， 加入少量的NaOH溶液，然后將濕潤的紅色石蕊試紙放在試管口	有刺激性氣味的氣體產生，紅色石蕊試紙變藍	猜想④成立，該反應的化學方程式 （NH4）2SO4+2NaOH= Na2SO4+2NH3↑+2H2O

（4）定量探究
硫酸銨的制備：工業上用硫鐵礦（主要成分是FeS₂），經過沸騰焙燒爐內通空氣燃燒生成SO₂和Fe₂O₃，SO₂經催化劑和氧氣的共同作用在接觸室內轉化為SO₃，最后SO₃在吸收塔內和水的共同作用轉化為H₂SO₄．實驗室就是用制得H₂SO₄溶液中通NH₃相互化合制得一瓶上述132g20%（NH₄）₂SO₄溶液．（反應中不考慮物質的損耗）思考：①在工業上要把硫鐵礦先碾成粉末再反應的原因是

增大硫鐵礦與空氣的接觸面積

．②要制得132g20%（NH₄）₂SO₄溶液，需含40% FeS₂的硫鐵礦的質量是

30

 g．

Answer 1

分析：【實驗探究】（1）根據溶解度與飽和溶液的質量分數的關系，利用飽和溶液的溶質質量分數為該溫度下該溶液的溶質質量分數最大值，由硫酸鈉的溶解度為19.5g而標簽上標明溶液的溶質質量分數為20.0%，可判斷猜想②溶液為硫酸鈉溶液是不成立的；
（2）通過滴加某試劑觀察到出現白色沉淀而判斷溶液為硫酸鎂，根據三種溶液中溶質化學性質的差異，可判斷所滴加溶液應為堿溶液如氫氧化鈉溶液；根據硫酸溶液和硫酸銨溶液都呈酸性的特點，可判斷由pH小于7就得出溶液為硫酸溶液的說法不能成立；
（3）根據硫酸銨溶液中含有銨根的特殊性，可通過檢驗銨根的存在而確認溶液為硫酸銨；
（4）根據促進燃燒的方法分析；根據硫元素守恒，利用關系式列式計算，反應的關系式為：FeS₂～（NH₄）₂SO₄進行計算．

解答：解：【實驗探究】（1）某溫度下飽和溶液的溶質質量分數的值不會大于該溫度下溶質的溶解度，常溫下硫酸鈉的溶解度為19.5g，則常溫下它的飽和溶液的溶質的質量分數=

19.5g

19.5g+100g

×100%＜20.0%，因此，該溶液不可能是硫酸鈉，故猜想②不成立；
（2）硫酸鎂、硫酸、硫酸銨三種物質中只有硫酸鎂能與堿溶液氫氧化鈉溶液形成氫氧化鎂沉淀，因此，觀察到出現白色沉淀就可判斷溶液為硫酸鎂溶液，說明所使用的試劑為氫氧化鈉溶液；由于硫酸溶液、硫酸銨溶液都呈酸性的原因，測出溶液的pH小于7時，并不能就斷定溶液為硫酸溶液，也可能是硫酸銨溶液；
（3）只要檢驗出溶液中含有銨根離子即可說明溶液為硫酸銨，因此可取溶液加入少量氫氧化鈉溶液，然后在試管口放一張濕潤的紅色石蕊試紙，觀察到有刺激性氣味氣體產生、試紙變成藍色，即可說明溶液中含有銨根離子，可確認溶液為硫酸銨溶液；
（4）①在工業上要把硫鐵礦先碾成粉末可以促進硫鐵礦的燃燒，原因是增大硫鐵礦與空氣的接觸面積；
②解：根據反應的過程涉及的方程式為：4FeS₂+11O₂

點燃  .

2Fe₂O₃+8SO₂； 2SO₂+O₂

催化劑  .

2SO₃； SO₃+H₂O═H₂SO₄；2NH₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄；因此FeS₂和（NH₄）₂SO₄的反應關系是
設需要含40% FeS₂的硫鐵礦的質量為x，
   FeS₂ ～2（NH₄）₂SO₄
  120        2×132  
  40%x     132g×20%

120

40%x

=

2×132

132g×20%

解之得：x=30g，
答：要制得132g20%（NH₄）₂SO₄溶液，需含40% FeS₂的硫鐵礦的質量是30g．
故答案為：
【實驗探究】（1）常溫下Na₂SO₄溶液的溶質質量分數不可能達到20%；
（2）①NaOH；（NH₄）₂SO₄溶液也呈酸性；
（3）

實驗操作	實驗現象	實驗結論
向試管中加入少量的NaOH溶液，然后將濕潤的紅色石蕊試紙放在試管口	有刺激性氣味的氣體產生，紅色石蕊試紙變藍	（NH4）2SO4+2NaOH =Na2SO4+2NH3↑+2H2O

（4）①增大硫鐵礦與空氣的接觸面積；②30．

點評：本題涉及基礎知識和技能較多，熟練掌握飽和溶液溶質質量分數與溶解度的關系、銨根的檢驗、溶液酸堿性與pH關系等知識是解答本題的關鍵．