Question

工業制硫酸的尾氣中含較多的SO₂，為防止污染空氣，回收利用SO₂，工業上常用氨水吸收法處理尾氣．某校化學興趣小組的同學為確定該方法所得固體的成分，稱取該固體四份，溶于水后，分別逐滴加入相同濃度的硫酸溶液50mL，產生SO₂的體積（標準狀況）如下表（實驗時設法使水中溶解的SO₂幾乎完全逸出）：

實驗組別	①	②	③	④
硫酸溶液的體積（mL）	50	50	50	50
鹽的質量（g）	9.260	13.890	20.835	32.410
二氧化硫的體積（mL）	1344	2016	3024	2464

（1）上述四組實驗中，SO₂體積與固體的質量之比相同的組別有______；由第①組實驗中的SO₂體積與固體的質量之比，可以推算用6.945g該固體進行同樣的實驗時，產生SO₂______mL（標準狀況）；根據表中______兩組數據變化可確認該固體中一定含有（NH₄）₂SO₃．
（2）另取9.260g該固體與足量的熟石灰共熱，收集到標準狀況的氨氣的體積為3136mL，則該固體的成分除（NH₄）₂SO₃外還有______（填化學式），該實驗中使用的硫酸的物質的量濃度為______．

Answer 1

解：（1）根據表中的數據，第①組實驗中SO₂體積與固體的質量之比1344：9.26=145.14，第②組實驗中SO₂體積與固體的質量之比2016：13.89=145.14，第③組實驗中SO₂體積與固體的質量之比3024：20.835=145.14，第④組實驗中固體質量增大，生成氣體體積減小，SO₂體積與固體的質量之比小于145.14，故第①②③實驗中SO₂體積與固體的質量之比相同；
第①組實驗中的SO₂體積與固體的質量之比，可以推算用6.945g該固體進行同樣的實驗時，產生SO₂的體積為×1344mL=1008mL；
由數據可知第①組實驗中固體完全反應由③④可知，增大固體的質量，產生二氧化硫的體積減小，說明④中鹽過量，有一部分沒有轉化為二氧化硫，故鹽中含有（NH₄）₂SO₃，
故答案為：①②③；1008；③④；
（2）9.260g該固體與足量的熟石灰共熱，收集到標準狀況的氨氣的體積為3136mL，9.260g固體中含有n（NH₄⁺）==0.14mol．第①組實驗中生成的二氧化硫的體積為=0.06mol，第④組中硫酸一定沒有剩余，反應后所得溶液中含（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₃，故第④組中固體含S（生成二氧化硫）為×0.06mol=0.21mol，含有的NH₄⁺為×0.14mol=0.49mol，由于n（NH₄⁺）：n[S（生成二氧化硫）]：=0.49mol：0.21mol＞2：1，故固體中含有（NH₄）₂SO₄，若為（NH₄）₂SO₃、（NH₄）₂SO₄混合，則n[（NH₄）₂SO₃]=0.21mol，所以n[（NH₄）₂SO₄]==0.035mol，二者質量之和為0.21mol×116g/mol+0.035mol×132g/mol=28.98g＜32.410g，
故固體中還含有NH₄HSO₃，故原固體含有（NH₄）₂SO₃、（NH₄）₂SO₄、NH₄HSO₃；
設9.260 g固體中（NH₄）₂SO₃、NH₄HSO₃、（NH₄）₂SO₄的物質的量分別為x、y、z，則：
生成二氧化硫的物質的量為0.06mol，故x+y=0.06，
生成的氨氣的物質的量為0.14mol，gu 2x+y+z=0.14，
三者的質量之和為9.26g，故116x+99y+132z=9.26 g，
聯立方程解得：x=0.04 mol y=0.02 mol z=0.02 mol．
第④組中硫酸一定沒有剩余，反應后所得溶液中含（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₃，生成的二氧化硫為=0.11mol，故反應后所得溶液中含NH₄HSO₃為0.21mol-0.11mol=0.1mol，則據電荷守恒得，所得溶液中含SO₄^2-的物質的量為：=0.195mol，原固體中含（NH₄）₂SO₄的0.02 mol×=0.07 mol，所以H₂SO₄的物質的量為0.195 mol-0.07 mol=0.125 mol，故c（H₂SO₄）==2.5 mol?L^-1，
故答案為：（NH₄）₂SO₄、NH₄HSO₃；2.5 mol?L^-1．
分析：（1）根據表中的數據，計算SO₂體積與固體的質量之比的比值，進行判斷SO₂體積與固體的質量之比相同的組別；
由數據可知第①組實驗中固體完全反應，利用SO₂體積與固體的質量之比計算．由③④可知，增大固體的質量，產生二氧化硫的體積減小，說明④中鹽過量，有一部分沒有轉化為二氧化硫，故鹽中含有（NH₄）₂SO₃；
（2）與足量的熟石灰共熱，收集到標準狀況的氨氣的體積為3136mL，9.260g固體中含有n（NH₄⁺）==0.14mol．第①組實驗中生成的二氧化硫的體積為=0.06mol，第④組中硫酸一定沒有剩余，反應后所得溶液中含（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₃，故第④組中固體含S（生成二氧化硫）為×0.06mol=0.21mol，含有的NH₄⁺為×0.14mol=0.49mol，由于n（NH₄⁺）：n[S（生成二氧化硫）]：=0.49mol：0.21mol＞2：1，故固體一定含有（NH₄）₂SO₄，若為（NH₄）₂SO₃、（NH₄）₂SO₄混合，則n[（NH₄）₂SO₃]=0.21mol，所以n[（NH₄）₂SO₄]==0.035mol，二者質量之和為0.21mol×116g/mol+0.035mol×132g/mol=28.98g＜32.410g，故固體中還含有NH₄HSO₃；
第④組中硫酸一定沒有剩余，反應后所得溶液中含（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₃，根據生成n（SO₂）計算溶液中n（NH₄HSO₃），利用電荷守恒計算溶液中n[（NH₄）₂SO₄]，根據第①組實驗中數據計算各組分的物質的量，利用質量關系計算第④組實驗固體所含有n（SO₄^2-），溶液中n（SO₄^2-）減去固體含有的n（SO₄^2-）為硫酸提供的硫酸根的物質的量，據此計算．
點評：本題考查化學計算、物質組成的測定等，屬于計算型推斷題，難度很大，判斷固體的組成是解題的關鍵，計算量大，充分利用數據計算確定組成，需要學生具有扎實的基礎知識、良好的心理素質與綜合運用知識分析解決問題的能力．