Question

（15分）以黃鐵礦為原料生產硫酸的工藝流程圖如下：

（1）將燃燒黃鐵礦的化學方程式補充完整

 4       +11

（2）接觸室中發生反應的化學方程式是            。

（3）依據工藝流程圖判斷下列說法正確的是（選填序號字母）         。

 a. 為使黃鐵礦充分燃燒，需將其粉碎

  b. 過量空氣能提高的轉化率

 c. 使用催化劑能提高的反應速率和轉化率

 d. 沸騰爐排出的礦渣可供煉鐵

（4）每160g氣體與化合放出260.6kJ的熱量，該反應的熱化學方程是        。

（5）吸收塔排出的尾氣先用氨水吸收，再用濃硫酸處理，得到較高濃度的和銨鹽。

①既可作為生產硫酸的原料循環再利用，也可用于工業制溴過程中吸收潮濕空氣中的。吸收的離子方程式是            。

② 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。

計算：該銨鹽中氮元素的質量分數是          %；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

（1）FeS₂

（2）

（3）a   b   d

（4）SO₃(g) + H₂O(l) = H₂SO₄(l)；ΔH=-130.3kJ/mol

（5）①SO₂ + Br₂ + 2H₂O = 4H⁺ + 2Br^- + SO₄^2-

②14.56      2.31g

解析：

本題主要考查硫酸工業、熱化學方程式的書寫、計算等。

（1）根據原子守恒即可判斷該物質為FeS₂。

（2）SO₂和O₂在接觸室發生反應生成SO₃：2SO₂ + O₂  2SO₃。

（3）選項a，將黃鐵礦粉碎更增加反應接觸面積而加快反應速率。選項b，增加空氣（O₂）濃度能提高SO₂的轉化率。選項c，催化劑對轉化率無影響。選項d，礦渣中含有Fe₂O₃，可用于冶煉鐵。

（4）160g SO₃(g)與H₂O(l)反應生成H₂SO₄(l)放出260.6kJ熱量，則1mol SO₃(g)與H₂O(l)反應生成H₂SO₄(l)放出130.3kJ熱量，則相關熱化學方程式為： SO₃(g) + H₂O(l)＝H₂SO₄(l)；△H＝－130.3kJ/mol。

（5）10g時說明銨鹽不足,20g時說明氫氧化鈉不足,由10.00g和20.00g 時濃硫酸增加的質量相同說明銨鹽有酸式根產生的氨氣, 氫氧化鈉的物質的量濃度為Cmol/L

設10克中有Xmol的 (NH₄)₂SO₄ 和ymol的NH₄HSO₄則

132X + 115y=10…………………………………………………….(1)

10g時說明銨鹽不足由N守恒知

          n(NH₃)=2X + y

20g時銨鹽已經過量，氫氧化鈉先和酸式根反應，則(NH₄)₂SO₄為2Xmol，2ymol的NH₄HSO₄

HSO₄^― + OH^―  = SO₄^2― + H₂O1       1

2y     2y

NH₄⁺  +   OH^―     =     NH₃       +          H₂O

                  1            1

 50C×10^―3―2y   50C×10^―3―2y

由于產生的氨氣一樣多 

n(NH₃)=2X + y=50C×10^―3―2y………………………………….(2)

30g時銨鹽過量，則(NH₄)₂SO₄為3Xmol，3ymol的NH₄HSO₄   n(NH₃)=0.68/17=0.04mol

HSO₄^― + OH^―  = SO₄^2― +H₂O  

 1       1

3y      3y

NH₄⁺  +   OH^―   =   NH₃       +   H₂O

                 1          1

          50C×10^―3―3y    0.04

所以      

50C×10^―3―3y=0.04…………………………………………………….(3)

聯立(1) (2) (3)解得

 X=0.02mol   y=0.064mol    C=4.64mol/L

氮的質量百分含量= ×100％=(0.04+0.064) ×14/10×100％=14.56％

15g時銨鹽已經過量，則(NH₄)₂SO₄為1.5Xmol，1.5 ymol的NH₄HSO₄

HSO₄^―   +   OH^―  = SO₄^2― + H₂O

1          1

1.5y      1.5y

NH₄⁺  +   OH^―        =         NH₃       +   H₂O

                  1                  1

50C×10^―3―1.5y     50C×10^―3―1.5y

n(NH₃)= 50C×10^―3―1.5y=50×4.64×10^―3―1.5×0.064=0.136mol

m(NH₃)=0.136×17=2.31g