Question

现有两份铵盐样品A、B，其成分都是（NH₄）₂SO₄、NH₄HSO₄的混合物．甲、乙两个研究性学习小组的同学想要确定A和B中各成分的含量．
甲组同学取了数分相同质量的样品A溶于水，然后分别加入不同体积的1mol/L的NaOH溶液，水浴加热至气体全部逸出．（此温度下，铵盐不分解）．该气体干燥后用足量的浓硫酸完全吸收．浓硫酸增重的质量与加入NaOH溶液的体积的关系如右图．分析该图象，并回答下列问题：
（1）写出ab段涉及的离子方程式：______．
（2）c点对应的数值是______；样品A中（NH₄）₂SO₄、NH₄HSO₄的物质的量之比为______．
乙组同学取了数份不同质量的样品B，分别加入到200mL 1mol/L的NaOH溶液中，同样用水浴加热，将逸出气体干燥后再用浓H₂SO₄吸收．测定结果如下表：

实验编号	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ
铵盐的质量（g）	9.88	19.76	29.64	49.40
浓硫酸增加的质量（g）	m	m	1.36	0

分析该表，并回答下列问题：
（3）①分析实验数据可知，实验编号为______的实验中，氢氧化钠足量，铵盐中的铵根离子完全转化成气体；m的值为______．
②计算样品B中氮元素的质量分数．（用小数表示，保留两位小数）
（4）乙组同学在研究时发现，浓硫酸增重的质量与样品B的质量之间满足一定的函数关系．假设样品的质量为x（g），浓硫酸增重的质量为y（g）．求：当x在不同范围时y与x的函数关系．

Answer 1

解：（1）0-a段是氢离子和氢氧根离子反应，a-b段是铵根离子和氢氧根离子反应，所以a-b段的离子反应方程式为：NH₄⁺+OH^- NH₃↑+H₂O，故答案为：NH₄⁺+OH^- NH₃↑+H₂O；
（2）a-b段是铵根离子和氢氧根离子反应，a-b段的离子反应方程式为：NH₄⁺+OH^- NH₃↑+H₂O，根据离子方程式知，
m（NH₃）=n（NH₃）M（NH₃）=n（NaOH）M（NH₃）=1mol/L×（0.275-0.025）L×17g/mol=4.25g；
0-a段是氢离子和氢氧根离子反应，根据2NH₄HSO₄+2NaOH=（NH₄）₂SO₄+Na₂SO₄+2H₂O知，n（NH₄HSO₄）=n（NaOH）
=1mol/L×0.025L=0.025mol，硫酸氢铵中n（NH₄⁺）=n（NH₄HSO₄）=0.025mol
则n（（NH₄）₂SO₄）==0.1125mol，
所以n（（NH₄）₂SO₄）：n（NH₄HSO₄）=0.1125mol：0.025mol=9：2，
故答案为：4.25；9：2；
（3）①II中铵盐质量是I的2倍，如果氢氧化钠过量，则II中生成的氨气量应该是I中的2倍，实际上相等，则说明II中氢氧化钠的量不足，I中氢氧化钠足量；
III中生成氨气需要n（NaOH）=n（NH₃）==0.08mol，剩余的氢氧化钠和氢离子反应，硫酸氢铵中n（H⁺）=n（NH₄HSO₄）=n（NaOH）（剩余）=1mol/L×0.2L-0.08mol=0.12mol，I中的硫酸铵和硫酸氢铵是III中的，所以I中硫酸氢铵的物质的量是0.04mol，则I中n（（NH₄）₂SO₄）==0.04mol，
所以m（NH₃）=[n（NH₄HSO₄）+2n（（NH₄）₂SO₄）]M（NH₃）=0.12mol×17g/mol=2.04g，即m=2.04，
故答案为：Ⅰ；2.04；
②氮元素的质量分数=×100%==17%，故答案为：17%；
（4）①当n（NH₄HSO₄）≥n（NaOH）=1mol/L×0.2L=0.2mol，该化合物中硫酸铵和硫酸氢铵的物质的量相等，所以x≥0.2mol×（115+132）g/mol=49.4g，y=0；
即没有氨气生成，所以当x≥49.4g，y=0；
②当n（NaOH）≥2n（NH₄HSO₄）+2n（（NH₄）₂SO₄）时氨气完全析出，即0.2mol=1mol/L×0.2L=n（NaOH）≥2n（NH₄HSO₄）+2n（（NH₄）₂SO₄），所以x≤0.05mol×（115+132）g/mol=12.35g，y==；
③当介于二者之间时，生成部分氨气，即49.40g＞x＞12.35g，y=3.4-，
答：x在不同范围时y与x的函数关系为．
分析：（1）向（NH₄）₂SO₄、NH₄HSO₄的混合溶液中滴加氢氧化钠溶液，氢氧离子先和氢离子反应生成水，后和铵根离子反应生成氨气，所以图象中先没有气体生成后有气体生成，故0-a段是氢离子和氢氧根离子反应，a-b段是铵根离子和氢氧根离子反应；
（2）a-b段是铵根离子和氢氧根离子反应，根据氨气和氢氧化钠之间的关系式计算a-b段生成氨气的量；根据氢离子的量计算硫酸氢铵的量，再根据氨气、硫酸氢铵、硫酸铵之间的关系计算硫酸铵的量，从而得出A中（NH₄）₂SO₄、NH₄HSO₄的物质的量之比；
（3）①II中铵盐质量是I的2倍，如果氢氧化钠过量，则II中生成的氨气量应该是I中的2倍，实际上相等，则说明II中氢氧化钠的量不足，I中氢氧化钠足量，
根据III中氨气的量计算生成氨气需要氢氧化钠的量，剩余的氢氧化钠和氢离子反应，从而计算得出硫酸氢铵的量，剩余的是硫酸铵的量，I中的硫酸铵和硫酸氢铵是III中的，根据铵根离子的量计算氨气的量；
②氮原子的质量与总质量的比即为氮元素的质量分数；
（4）分情况讨论：当n（NH₄HSO₄）≥n（NaOH）时没有氨气生成，当n（NaOH）≥2n（NH₄HSO₄）+2n（（NH₄）₂SO₄）时氨气完全析出，当介于二者之间时，生成部分氨气．
点评：本题考查探究物质的组成及其含量的测定，明确各段发生的反应是解本题关键，注意氢氧化钠和硫酸氢铵和硫酸铵的混合溶液反应时离子反应的先后顺序，为易错点．