Question

【題目】工業制硫酸吸收塔排出的尾氣需要處理才能排放到大氣中，其處理方法為：先用氨水吸收，再用濃硫酸處理，得到較高濃度的SO2和銨鹽。

為測定該銨鹽中氮元素的質量分數，將不同質量的銨鹽分別加入到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)。該氣體經干燥后用濃硫酸吸收完全，測定濃硫酸增加的質量。

部分測定結果：

銨鹽質量為10.00g和20.00g 時，濃硫酸增加的質量相同；銨鹽質量為30.00g時，濃硫酸增加的質量為0.68g；銨鹽質量為40.00g時，濃硫酸的質量不變。

請計算：

（1）該銨鹽中氮元素的質量分數是____%。

（2）若銨鹽質量為15.00g，濃硫酸增加的質量為____。（計算結果保留兩位小數）

Answer 1

【答案】 14.56% 2.31g

【解析】(1)得到的銨鹽產品是(NH4)2SO3和NH4HSO3的混合物；本反應歷程是：OH-首先是和NH4HSO3中的H+反應，隨后有多的OH-再和NH4+反應放出氨氣，所以隨著銨鹽的量的增大，NH4HSO3的量也增大，放出的氨氣的量會為0；由題知銨鹽質量為30.00g時，產生0.04molNH3．該銨鹽中NH4HSO4先與NaOH溶液反應，2NH4HSO4+2NaOH=(NH4)2SO4+Na2SO4+H2O，只有當NH4HSO4中的H+消耗完全后，NH4+才能與NaOH溶液反應產生NH3，NH4++OH-=NH3↑+H2O．據此判斷銨鹽質量為10.00g時NaOH溶液過量，銨鹽質量為20.00g和30.00g時，消耗的NaOH質量相等．設10.00g銨鹽中NH4HSO4 與(NH4)2SO4的物質的量分別為X、Y，n(NH3)=n(OH-)-n(H+)，則有：

銨鹽質量/g	10.00	20.00	30.00	40.00
含NH4HSO4、(NH4)2SO4/mol	X、Y	2X、2Y	3X、3Y	4X、4Y
產生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．則該銨鹽中氮元素的質量分數為×100%=14.56%，故答案為：14.56；

(2)由15.00 g銨鹽與NaOH溶液反應產生的NH3可知濃硫酸增加的質量，由上面討論可知此NaOH溶液中共有0.232molNaOH，當銨鹽質量為15.00g時含0.096mol NH4HSO4和0.03mol (NH4)2SO4，共有NH4+和H+ 0.252mol，故NaOH不足，此時產生n(NH3)=(0.232-0.096)mol=0.136mol，NH3的質量=0.136mol×17g/mol=2.31g答：濃硫酸增加的質量為2.31g，故答案為：2.31g。