Question

硫酸是化學工業中的重要原料，至2010年我國已成為全球硫酸產能最高、產量最大的國家。
(1)18.4mol/L（質量分數0.98，密度1.84g/cm³）濃硫酸是常用的干燥劑，用于吸收潮濕氣體中的水蒸氣。當濃硫酸濃度降到16 mol/L（密度1.8g/cm³）以下時，則失去干燥能力。
①16 mol/L的硫酸的質量分數為            （保留兩位小數，下同）。
②50mL質量分數為0.98的濃硫酸作為干燥劑時，最多可吸水              g。
(2)將鐵粉與硫粉在隔絕空氣條件下反應所得的固體M 9.920 g，與足量稀硫酸反應，收集到氣體2.688 L（換算到標準狀況），質量為3.440 g。則固體M的成分為
         （寫化學式），其中鐵元素與硫元素的質量比為                。
(3)當代硫酸工業大多用接觸法制硫酸（設空氣中氧氣的體積分數為0.20）。
①為使黃鐵礦煅燒充分，常通入過量40%的空氣，則煅燒后爐氣中SO₂的體積分數為                    。
②將①中的爐氣經凈化除塵后直接送入接觸室，流量為1.00m³/s，從接觸室導出氣體的流量為0.95m³/s（同溫同壓下測定），則SO₂的轉化率為                %。
(4)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（循環利用）和混合銨鹽。為測定此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。
部分測定結果如下：
銨鹽質量為10.000 g和20.000 g時，濃硫酸增加的質量相同；
銨鹽質量為30.000 g時，濃硫酸質量增重0.680 g；
銨鹽質量為40.000 g時，濃硫酸的質量不變。
①計算該混合鹽中氮元素的質量分數。
②計算上述氫氧化鈉溶液的物質的量濃度。

Answer 1

(1)（4分）① 0.87；②11.63；（每小題2分）
(2)（3分）FeS、Fe（1分），21：10；（2 分）
(3)（4分）① 0.11；② 92.5%；（每小題2分）
(4)（5分）
①設：NaOH為amol,NH₄HSO₄為xmol, （NH₄）₂SO₄為ymol。
則有：

解得：a=0.232
x=0.064
y=0.02
（3分）
② （2分）

解析(1)（4分）①
②由溶質質量守恒
50ml×1.84g/ml×0.98=16mol/l×(50ml×1.84g/ml+mg)/1.8g/ml×98g·mol^-1
m=11.63g
(2)（3分）FeS、Fe（1分），21：10；（2 分）
Fe＋SFeS
FeS＋H₂SO₄=FeSO₄＋H₂S↑
Fe＋H₂SO₄=FeSO₄＋H₂↑,
n(氣)= 2.688 L/22.4l·mol^-1=0.12mol
n(H₂S)+n(H₂)=0.12mol
n(H₂S)×34g·mol^-1+n(H₂)×2 g·mol^-1= 3.440 g
n(H₂S)=n(FeS)=0.1mol,n(H₂)=0.02mol,
m(Fe):m(S)=(9.920g-0.1mol×32g·mol^-1):( 0.1mol×32g·mol^-1)=21:10
(3)（4分）① 0.11；② 92.5%；（每小題2分）
①4FeS₂＋11O₂2Fe₂O₃＋8SO₂,
通入過量40%的空氣，則煅燒后爐氣中SO₂的體積分數為
 8÷（11×4+11×40%×5+8）×100%=8÷74×100 %=11%
②      2 SO₂  ＋    O₂    2SO₃     △V
2        1                 1
0.1m³/s   0.05m³/s         1.00m³/s―0.95m³/s
SO₂的總體積：1.00m³/s×8÷74×100 %="0.108" m³/s，
SO₂的轉化率為0.1m³/s÷0.108 m³/s×100%=92.5%
(4)（5分）
①設：NaOH為amol,NH₄HSO₄為xmol, （NH₄）₂SO₄為ymol。
則有：

解得：a=0.232
x=0.064
y=0.02
（3分）
② （2分）