Question

（15分）以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下：

（1）将燃烧黄铁矿的化学方程式补充完整

 4       +11

（2）接触室中发生反应的化学方程式是            。

（3）依据工艺流程图判断下列说法正确的是（选填序号字母）         。

 a. 为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎

  b. 过量空气能提高的转化率

 c. 使用催化剂能提高的反应速率和转化率

 d. 沸腾炉排出的矿渣可供炼铁

（4）每160g气体与化合放出260.6kJ的热量，该反应的热化学方程是        。

（5）吸收塔排出的尾气先用氨水吸收，再用浓硫酸处理，得到较高浓度的和铵盐。

①既可作为生产硫酸的原料循环再利用，也可用于工业制溴过程中吸收潮湿空气中的。吸收的离子方程式是            。

② 为测定该铵盐中氮元素的质量分数，将不同质量的铵盐分别加入到50.00mL相同浓度的溶液中，沸水浴加热至气体全部逸出(此温度下铵盐不分解)。该气体经干燥后用浓硫酸吸收完全，测定浓硫酸增加的质量。

部分测定结果；

铵盐质量为10.00g和20.00g 时，浓硫酸增加的质量相同；铵盐质量为30.00g时，浓硫酸增加的质量为0.68g；铵盐质量为40.00g时，浓硫酸的质量不变。

计算：该铵盐中氮元素的质量分数是          %；若铵盐质量为15.00g。浓硫酸增加的质量为       。（计算结果保留两位小数）  

 

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：

本题主要考查硫酸工业、热化学方程式的书写、计算等。

（1）根据原子守恒即可判断该物质为FeS₂。

（2）SO₂和O₂在接触室发生反应生成SO₃：2SO₂ + O₂  2SO₃。

（3）选项a，将黄铁矿粉碎更增加反应接触面积而加快反应速率。选项b，增加空气（O₂）浓度能提高SO₂的转化率。选项c，催化剂对转化率无影响。选项d，矿渣中含有Fe₂O₃，可用于冶炼铁。

（4）160g SO₃(g)与H₂O(l)反应生成H₂SO₄(l)放出260.6kJ热量，则1mol SO₃(g)与H₂O(l)反应生成H₂SO₄(l)放出130.3kJ热量，则相关热化学方程式为： SO₃(g) + H₂O(l)＝H₂SO₄(l)；△H＝－130.3kJ/mol。

（5）10g时说明铵盐不足,20g时说明氢氧化钠不足,由10.00g和20.00g 时浓硫酸增加的质量相同说明铵盐有酸式根产生的氨气, 氢氧化钠的物质的量浓度为Cmol/L

设10克中有Xmol的 (NH₄)₂SO₄ 和ymol的NH₄HSO₄则

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

10g时说明铵盐不足由N守恒知

          n(NH₃)=2X + y

20g时铵盐已经过量，氢氧化钠先和酸式根反应，则(NH₄)₂SO₄为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

由于产生的氨气一样多 

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

30g时铵盐过量，则(NH₄)₂SO₄为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)

联立(1) (2) (3)解得

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

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

15g时铵盐已经过量，则(NH₄)₂SO₄为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