Question

硫鐵礦又稱黃鐵礦（主要成分FeS₂，雜質(zhì)不含硫元素），是地殼中分布最廣的硫化物．因其淺黃的顏色和明亮的金屬光澤，常被誤認(rèn)為是黃金，故又稱“愚人金”．工業(yè)上硫鐵礦主要用于接觸法制造硫酸，其反應(yīng)原理為：①FeS₂高溫下與O₂反應(yīng)生成SO₂②SO₂在催化劑作用下與O₂反應(yīng)生成SO₃③SO₃與水反應(yīng)生成H₂SO₄．
（1）若1.00噸 SO₂與O₂的混合氣體中含SO₂ 0.40噸，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)②，有80%的SO₂發(fā)生轉(zhuǎn)化，則反應(yīng)后混合氣體中SO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是

 

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（2）現(xiàn)用80噸硫礦鐵制硫酸，最后生產(chǎn)出100噸98%的硫酸．若反應(yīng)過程中硫元素的損失率為5%，則硫鐵礦中FeS₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

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（3）在濃硫酸中繼續(xù)溶解SO₃后所形成的液體稱發(fā)煙硫酸，其濃度通常以游離的SO₃含量來表示，如20%的發(fā)煙硫酸即表示在硫酸中含有20%的SO₃．現(xiàn)有1L含SO₃30%的發(fā)煙硫酸（密度為1.95g/cm3），要把它稀釋成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%的濃硫酸，需加水約多少？（寫出計算過程）
（4）已知850℃～900℃時，硫鐵礦在氧氣中煅燒，可能發(fā)生下列反應(yīng)：①3FeS₂+8O₂→Fe₃O₄+6SO₂②4FeS₂+11O₂→2Fe₂O₃+8SO₂ 為使FeS₂煅燒完全生成Fe₂O₃，工業(yè)上使用過量氧氣，當(dāng)氧氣過量20%時，求得爐氣中SO₂的體積分?jǐn)?shù)．（寫出計算過程）
（5）將480g純凈的FeS2在氧氣中完全反應(yīng)，若得到固體中n（Fe）：n（O）=4：a，此時消耗氧氣b mol，試寫出b與a的關(guān)系式

 

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Answer 1

考點：化學(xué)方程式的有關(guān)計算

專題：計算題

分析：（1）計算參加反應(yīng)的二氧化硫，根據(jù)方程式2SO₂ +O₂ =2SO₃計算生成SO₃的質(zhì)量，由質(zhì)量守恒定律可知，反應(yīng)后混合氣體的總質(zhì)量為1t，再根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)定義計算；
（2）令硫鐵礦中FeS₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為a，則80噸硫礦鐵中FeS₂的質(zhì)量為0.8a 噸，根據(jù)硫元素守恒，反應(yīng)的關(guān)系式為：FeS₂～2H₂SO₄，據(jù)此利用關(guān)系式列式計算；
（3）計算1L含SO₃30%的發(fā)煙硫酸中SO₃的質(zhì)量、硫酸的質(zhì)量；根據(jù)方程式SO₃ +H₂O=H₂SO₄計算反應(yīng)生成的硫酸質(zhì)量，進而計算加水后硫酸總質(zhì)量，設(shè)需要加入水的質(zhì)量為yg，結(jié)合質(zhì)量分?jǐn)?shù)列方程計算；
（4）假設(shè)FeS₂為4mol，為使FeS₂煅燒完全生成Fe₂O₃，發(fā)生反應(yīng)4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂，利用方程式計算參加反應(yīng)氧氣、生成的二氧化硫以及氣體物質(zhì)的量減少的物質(zhì)的量，進而計算通入的氧氣、反應(yīng)后混合氣體總物質(zhì)的量，進而計算二氧化硫體積分?jǐn)?shù)；
（5）計算480g純凈的FeS₂的物質(zhì)的量，根據(jù)反應(yīng)前后原子守恒計算．

解答： 解：（1）在一定條件下反應(yīng)，有80%的SO₂發(fā)生轉(zhuǎn)化，因此參加反應(yīng)的二氧化硫是：0.40t×80%=0.32t，設(shè)生成三氧化硫的質(zhì)量為x，則：
  2SO₂ +O₂ =2SO₃
 2×64     2×80
 0.32t       x
所以x=

2×64

0.32t

   x=0.4t  
由質(zhì)量守恒定律可知，反應(yīng)后混合氣體的總質(zhì)量為1t，故反應(yīng)后混合氣體中SO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

0.4t

1t

=40%，
故答案為：40%；
（2）令硫鐵礦中FeS₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為a，則80噸硫礦鐵中FeS₂的質(zhì)量為0.8a 噸，則：
    FeS₂ ～～～～～～～～2H₂SO₄
   120t                2×98t   
0.8a t×（1-5%）         100t×98%
所以，120t：2×98t=0.8a t×（1-5%）：100t×98%
解之得：a=78.95%，
故答案為：78.95%；
（3）1L含SO₃30%的發(fā)煙硫酸（密度為1.95g/cm³），其質(zhì)量=1000cm³×1.95g/cm³=1950g，其中SO₃的質(zhì)量=1950g×30%，硫酸的質(zhì)量為1950g×70%，則：
  SO₃ +H₂O=H₂SO₄
  80       98
1950g×30%  m（H₂SO₄）
故m（H₂SO₄）=

98×1950g×30%

80

故加水后硫酸的總質(zhì)量=

98×1950g×30%

80

+1950g×70%，
設(shè)需要加入水的質(zhì)量為yg，則：（1950g+y g）×95%=

98×1950g×30%

80

+1950g×70%，
解得y=241.2，
答：需要加水約241.2g；
（4）假設(shè)FeS₂為4mol，則：
4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂ 氣體物質(zhì)的量減少
4     11         8         3
4mol  11mol      8mol      3mol          
氧氣過量20%，則通入氧氣為11mol×（1+20%）=13.2，故反應(yīng)后混合氣體總物質(zhì)的量=13.2mol-3mol=10.2mol，故所得爐氣中SO₂的體積分?jǐn)?shù)=

8mol

10.2mol

×100%=78.4%，
答：所得爐氣中SO₂的體積分?jǐn)?shù)為78.4%．
（5）480g純凈的FeS₂的物質(zhì)的量為

480g

120g/mol

=4mol，則n（Fe）=4mol，n（S）=8mol，
得到固體中n（Fe）：n（O）=4：a，則固體中n（O）=a，
反應(yīng)后生成n（SO₂）=8mol，消耗n（O₂）=bmol，
根據(jù)反應(yīng)前后氧原子守恒：b×2=a+8×2，則b=0.5a+8，
故答案為：b=0.5a+8．

點評：本題考查化學(xué)計算，涉及根據(jù)方程式計算、守恒計算等，題目屬于拼合型，題量大、計算量較大，過程比較復(fù)雜，綜合考查學(xué)生分析解決問題的能力，對學(xué)生的心理素質(zhì)有較高的要求，難度中等．