Question

14．硫鐵礦高溫下被空氣氧化產(chǎn)生二氧化硫：4FeS₂+11O₂→8SO₂+2Fe₂O₃．設(shè)空氣中N₂、O₂的含量分別為0.800和0.200（體積分?jǐn)?shù)，以下氣體含量均用體積分?jǐn)?shù)表示），試完成下列各題：
（1）1.00molFeS₂完全氧化，需要空氣的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）為308L．
（2）55L空氣和足量FeS₂完全反應(yīng)后，氣體體積（同溫同壓）變?yōu)?2L．
（3）用空氣氧化FeS₂產(chǎn)生的氣體混合物中，O₂的含量為0.0800，計(jì)算SO₂的含量．
（4）設(shè)FeS₂氧化產(chǎn)生的氣體混合物為100L，其中O₂為a L，SO₂為b L．
①寫出a和b的關(guān)系式13b=200-10a．
②在如圖中畫出a和b的關(guān)系曲線（FeS₂氧化時(shí)，空氣過量20%） 說明：為方便作圖，縱坐標(biāo)用13b表示．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)方程式計(jì)算需要氧氣的物質(zhì)的量，再根據(jù)V=nVm氧氣的體積，根據(jù)空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)計(jì)算需要空氣的體積；
（2）計(jì)算空氣中氧氣的體積，利用差量法計(jì)算反應(yīng)后氣體體積變化，據(jù)此解答；
（3）令反應(yīng)后氣體總體積為1L，二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)為y，根據(jù)氮?dú)獾捏w積不變列方程計(jì)算解答；
（4）①根據(jù)二氧化硫的體積計(jì)算參加反應(yīng)氧氣體積，表示出氮?dú)獾捏w積，利用氮?dú)怏w積不變列關(guān)系式解答；
②當(dāng)生成的混合氣體中不含SO₂，即13b=0時(shí)，此時(shí)100 L全部為空氣，顯然a=20 L，20 L為a取值的上限，但a的下限并不是為0，空氣過量20%，設(shè)參加反應(yīng)的空氣為100 L，則過量的空氣為20 L．生成的SO₂為100 L×0.200×$\frac{11}{8}$=14.55 L，生成氣體中氮?dú)獾捏w積不變，為120×0.800=96 L，過量的O₂的體積為20×0.200=4 L．則a=100 L×$\frac{4}{4+96+14.55}$=3.5 L，此時(shí)b為最大值，曲線的起點(diǎn)為（3.5，165），曲線的終點(diǎn)為（20，0），該曲線為直線．

解答 解：（1）根據(jù)方程式4FeS₂+11O₂=8SO₂+2Fe₂O₃可知，1.00molFeS₂完全氧化需要氧氣物質(zhì)的量=$\frac{11}{4}$mol，
故需要空氣的體積=$\frac{\frac{11}{4}mol×22.4L/mol}{0.2}$=308L，
故答案為：308；
（2）55L空氣中氧氣的體積=55L×0.2=11L，則：
4FeS₂+11O₂=8SO₂+2Fe₂O₃ 氣體體積減少△V
      11                      11-8=3
      11L                       3L
故反應(yīng)后氣體的體積為55L-3L=52L，
故答案為：52；
（3）令反應(yīng)后氣體總體積為1L，二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)為y，則SO₂的體積為yLy，剩余O₂的體積為0.0800 L．由化學(xué)方程式可求出參加反應(yīng)的O₂的體積為$\frac{11}{8}$y，則反應(yīng)前O₂的總體積為0.0800 L+$\frac{11}{8}$y，空氣中氮?dú)獾捏w積為氧氣體積的4倍，氮?dú)怏w積為4×（0.0800 L+$\frac{11}{8}$y），則：
4×（y×$\frac{11}{8}$+0.0800）=1-0.0800-y
解得：y=0.0923
答：二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)為0.0923；
（4）①4FeS₂+11O₂=8SO₂+2Fe₂O₃
              11    8           
              $\frac{11}{8}$bL  bL  
反應(yīng)前后氮?dú)獾捏w積不變，則：（aL+$\frac{11}{8}$bL）×4=100L-aL-bL，整理可得：13b=200-10a，
故答案為：13b=200-10a；
②當(dāng)生成的混合氣體中不含SO₂，即13b=0時(shí)，此時(shí)100 L全部為空氣，顯然a=20 L．20 L為a取值的上限，但a的下限并不是為0，空氣過量20%，設(shè)參加反應(yīng)的空氣為100 L，則過量的空氣為20 L．生成的SO₂為100 L×0.200×$\frac{11}{8}$=14.55 L，生成氣體中氮?dú)獾捏w積不變，為120×0.800=96 L，過量的O₂的體積為20×0.200=4 L．則a=100 L×$\frac{4}{4+96+14.55}$=3.5 L，此時(shí)b為最大值：13b=200-3.5×10=165 L．曲線的起點(diǎn)為（3.5，165），曲線的終點(diǎn)為（20，0）．該曲線為直線，
由起點(diǎn)和終點(diǎn)即可作圖：，
故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查根據(jù)方程式的計(jì)算，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，（4）中作圖為易錯(cuò)點(diǎn)，學(xué)生容易忽略空氣過量，難度較大．