Question

硫鐵礦又稱黃鐵礦（主要成分FeS₂，雜質不含硫元素），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，常被誤認為是黃金，故又稱“愚人金”。
工業上硫鐵礦主要用于接觸法制造硫酸，其反應原理為：
①FeS₂與O₂高溫下反應生成SO₂；
②SO₂在催化劑作用下與O₂反應生成SO₃；
③SO₃與H₂O反應生成H₂SO₄．
（1）若1.00噸 SO₂與O₂的混合氣體中含SO₂ 0.40噸，在一定條件下發生反應②，有80%的SO₂發生轉化，則反應后混合氣體中SO₃的質量分數是_________。
（2）現用80噸硫鐵礦制硫酸，最后生產出100噸98%的硫酸。若反應過程中硫元素的損失率為5%，則硫鐵礦中FeS₂的質量分數為__________________。
（3）在濃硫酸中繼續溶解SO₃后所形成的液體稱發煙硫酸，其濃度通常以游離的SO₃含量來表示，如20%的發煙硫酸即表示在硫酸中含有20%的SO₃。現有1L含SO₃30%的發煙硫酸（密度為1.95g/cm³），要把它稀釋成質量分數為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，可能發生下列反應：
①3FeS₂＋8O₂→Fe₃O₄＋6SO₂
②4FeS₂＋11O₂→2Fe₂O₃＋8SO₂    
為使FeS₂煅燒完全生成Fe₂O₃，工業上使用過量氧氣，當氧氣過量20%時，求所得爐氣中SO₂的體積分數。（寫出計算過程）
57．將480 g純凈的FeS₂在氧氣中完全反應，若所得固體中n（Fe）∶n（O）＝4∶a，此時消耗氧氣b mol，試寫出b與a的關系式_______________________。

Answer 1

（1）0.4或40%40%
（2）78.9%
（3）241.2g
（4）78.4%
57．b＝0.5a＋8

試題分析：（1）2SO₂+O₂2SO₃。n（SO₂）——n（SO₃）. 發生反應的SO₂質量m（SO₂）= 0.40噸×80%=0.32噸，則產生的SO₃的質量為80/64×0.32噸=0.4噸。故反應后混合氣體中SO₃的質量分數是0.4÷1×100%=0.4或40%。
（2）根據元素守恒可知關系式為FeS₂——2SO₂——2SO₃——2H₂SO₄。1mol FeS₂可制取2mol H₂SO₄.即120噸FeS₂若完全轉化可制取196噸純凈的硫酸。假設的硫鐵礦中FeS₂的質量分數為X，則可列比例式120:（ 2×98） =80×X（1-5%）:（ 100×98%）.解得X=78.9%。
（3）現有1L含SO₃30%的發煙硫酸（密度為1.95g/cm³），要把它稀釋成質量分數為95%的濃硫酸，需加水約多少？m（溶液）= 1.95g/cm³×1000ml ="1950g" .m（SO₃）= 1.95g/cm³×1000ml×30%=1950g="585" g.由SO₃產生的硫酸質量為585 g×98/80=716.6g. m（H₂SO₄）= 1.95g/cm³×1000ml×（1-30%）=1365g假設1L含SO₃30%的發煙硫酸（密度為1.95g/cm³），要把它稀釋成質量分數為95%的濃硫酸，需加水質量為Y，則（1950g+Y） × 95%=716.6g+1365g.解得Y=241.2g。
（4）4FeS₂＋11O₂2Fe₂O₃＋8SO₂  假設反應產生8摩爾的SO₂，則理論上需要11摩爾的O₂。由于氧氣過量20%，所以實際通入的氧氣的物質的量為11×120%mol =13.2mol.過量的氧氣為2.2mol.在同溫同壓下，對于氣體來說氣體的體積比就是它們的物質的量的比。故所得爐氣中SO₂的體積分數8÷（8+2.2）×100%=78.4%。
57．在FeS₂中n（Fe）:n（S）=1:2。480g FeS₂的物質的量為480g÷120g/mol=4mol.n（SO₂）=8mol.n（Fe）=4mol。在所得固體中n（Fe）∶n（O）＝4∶a， n（Fe）=4mol所以在固體中的氧原子的物質的量為amol.在氧化的過程中共消耗的氧氣的物質的量為b＝0.5a＋8。