Question

（2013?浦東新區(qū)二模）工業(yè)上生產(chǎn)硫酸的原料，一種是黃鐵礦，其主要成分為FeS₂（S為-1價）；另一種是磁黃鐵礦，其主要成分是Fe_1-xS（S為-2價），式中x通常為0.1～0.2，既含有Fe²⁺又含有Fe³⁺．
生產(chǎn)硫酸時將礦石煅燒，發(fā)生反應(yīng)如下：
①4FeS₂+11O₂→2Fe₂O₃+8SO₂
②4Fe_1-xS+（7-3x） O₂→2 （1-x） Fe₂O₃+4SO₂
（1）含F(xiàn)eS₂ 72%的黃鐵礦10噸，理論上最多可以生產(chǎn)98%的濃硫酸

12

噸（礦石中無其他含硫物質(zhì)）．
（2）若磁黃鐵礦Fe_1-xS中x=0.1，則Fe_1-xS中Fe²⁺與Fe³⁺的物質(zhì)的量之比為

3.5

：1．
（3）煅燒礦石時，為了盡可能地將礦石中的硫轉(zhuǎn)變?yōu)镾O₂，需通入過量20%的空氣（其中N₂與O₂的體積比為4：1，假設(shè)無其他氣體成分），計算磁黃鐵礦充分煅燒后排出的氣體中SO₂的體積分?jǐn)?shù)（用含x的代數(shù)式表示）．
（4）將一定量的磁黃鐵礦溶于足量的鹽酸，充分反應(yīng)后測得生成S單質(zhì)2.4g，F(xiàn)eCl₂ 0.425mol，且溶液中無Fe³⁺，計算Fe_1-xS中的x值（礦石中其他成分不與鹽酸反應(yīng)）．

Answer 1

分析：（1）由元素守恒可得關(guān)系式：FeS₂～2SO₂～2H₂SO₄，令理論上最多可以生產(chǎn)98%的濃硫酸m噸，根據(jù)關(guān)系式計算；
（2）令Fe_1-xS的物質(zhì)的量為1mol，設(shè)Fe²⁺、Fe³⁺的物質(zhì)的量分別為amol、bmol，根據(jù)化合價代數(shù)和為0及鐵原子物質(zhì)的量之和列方程，據(jù)此解答；
（3）設(shè)生成4molSO₂，則參加反應(yīng)的氧氣（7-3x）mol，實際通入的O₂為1.2（7-3x）mol，所需空氣中氮氣為4.8（7-3x）mol，再計算反應(yīng)后得到的混合氣體各組分物質(zhì)的量，據(jù)此計算；
（4）由2Fe³⁺～S可知，n（Fe³⁺）=2n（S），據(jù)此計算Fe_1-xS中n（Fe³⁺），由鐵原子守恒，F(xiàn)e_1-xS中n（Fe）=n（FeCl₂）=0.425mol，據(jù)此計算Fe_1-xS中n（Fe²⁺），再根據(jù)化合價代數(shù)和為0，計算Fe_1-xS中n（S），由Fe_1-xS中Fe、S原子比例關(guān)系計算x的值．

解答：解：（1）由元素守恒可得關(guān)系式：FeS₂～2SO₂～2H₂SO₄，令理論上最多可以生產(chǎn)98%的濃硫酸m噸，則：
        FeS₂～2SO₂～2H₂SO₄，
        120          2×98
   10噸×72%       m噸×98%
故

120

2×98

=

10噸×72%

m噸×98%

解得m=12
故答案為：12；
（2）Fe_1-xS中x=0.1，令Fe_1-xS的物質(zhì)的量為1mol，設(shè)Fe²⁺、Fe³⁺的物質(zhì)的量分別為amol、bmol，
根據(jù)化合價代數(shù)和為0有：2a+3b=2，
由鐵原子物質(zhì)的量之和可得：a+b=0.9，
聯(lián)立解得a=0.7，b=0.2
故Fe_1-xS中Fe²⁺與Fe³⁺的物質(zhì)的量之比為0.7mol：0.2mol=3.5：1，
故答案為：3.5；
（3）設(shè)生成4molSO₂，則參加反應(yīng)的氧氣為（7-3x）mol，故實際通入的O₂為1.2（7-3x）mol，所需空氣中氮氣為4.8（7-3x）mol，
反應(yīng)后得到的混合氣體中：4molSO₂，N₂4.8（7-3x）mol，0.2（7-3x）molO₂
故SO₂的體積分?jǐn)?shù)為：

4mol

4mol+4.8(7-3x)mol+0.2(7-3x)mol

=

4

39-15x

，
答：SO₂的體積分?jǐn)?shù)為

4

39-15x

；
（4）由2Fe³⁺～S可知，n（Fe³⁺）=2n（S）=

2.4g

32g/mol

=0.15mol，
由鐵原子守恒，F(xiàn)e_1-xS中n（Fe）=n（FeCl₂）=0.425mol，故n（Fe²⁺）=0.425mol-0.15mol=0.275mol，
根據(jù)化合價代數(shù)和為0，F(xiàn)e_1-xS中n（S）=

0.15mol×3+0.275mol×2

2

=0.5mol，
故1-x=

0.425mol

0.5mol

=0.85，故x=0.15，
答：Fe_1-xS中的x值為0.15．

點評：本題考查根據(jù)方程式的計算，題目計算量較大，過程復(fù)雜，為易錯題目，注意利用關(guān)系式與原子守恒進(jìn)行的解答，難度較大．