Question

硫鐵礦在高溫下用空氣氧化產(chǎn)生二氧化硫，4FeS₂+11O₂====8SO₂+2Fe₂O₃。設空氣中N₂、O₂的含量分別為0.800和0.200（體積分數(shù)，以下氣體含量均用體積分數(shù)表示）。試完成下列各題。

（1）1.00 mol FeS₂完全氧化，需要空氣的體積（標準狀況）為________ L。

（2）55 L空氣和足量FeS₂完全反應后，氣體體積（同溫同壓）變?yōu)開_______ L。

（3）用空氣氧化FeS₂產(chǎn)生的氣體混合物中，O₂的含量為0.0800，計算SO₂的含量。

（4）設FeS₂氧化產(chǎn)生的氣體混合物為100 L，其中O₂為a L，SO₂為b L。

①寫出a和b的關系式。

②在下圖中畫出a和b的關系曲線（FeS₂氧化時，空氣過量20%）。

說明：為方便作圖，縱坐標用13b表示。

Answer 1

解析：（1）1.00 mol FeS₂完全氧化，需要空氣的體積（標準狀況）為1 mol××22.4 L·mol^－1×=308 L。

（2）11O₂    ～    8SO₂    氣體體積減小

         11                    8           3

55 L×0.200                       

==3 L

反應后的氣體體積為55 L－3 L=52 L。

（3）設反應后總體積為1 L，SO₂的體積分數(shù)為x，則SO₂的體積為x，剩余O₂的體積為0.0800 L。由化學方程式可求出參加反應的O₂的體積為x，則反應前O₂的總體積為0.0800 L+x，空氣中氮氣的體積為氧氣體積的4倍，氮氣體積為4×（0.0800 L+x）。據(jù)題意可建立等式：4×（0.0800 L+x）=1－0.0800－x，求得x=0.0923。

（4）①根據(jù)（3）的思路，按反應前后氮氣的體積相等可得：4×（a L+b L）=100－a－b，整理即得：13b=200－10a。

②當生成的混合氣體中不含SO₂，即13b=0時，此時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，因題中明確了空氣過量20%。求解a的下限如下：設參加反應的空氣為100 L，則過量的空氣為20 L。生成的SO₂為100 L×0.200×=14.55 L，生成氣體中氮氣的體積不變，為120×0.800=96 L，過量的O₂的體積為20×0.200=4 L。則a=100 L×=3.5 L，此時b為最大值：13b=200－3.5×10=165 L。曲線的起點為（3.5，165），曲線的終點為（20，0）。該曲線為直線，由起點和終點即可作圖。

答案：（1）308  （2）52

（3）0.0923

（4）①13b=200－10a

②