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高溫下與O₂反應生成SO₂②SO₂在催化劑作用下與O₂反應生成SO₃③SO₃與水反應生成H₂SO₄．
（1）若1.00噸SO₂與O₂的混合氣體中含SO₂0.40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噸硫礦鐵制硫酸，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+6SO₂②4FeS₂+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，求得爐氣中SO₂的體積分數．（寫出計算過程）
（5）將480g純凈的FeS2在氧氣中完全反應，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的關系式______．

Answer 1

（1）在一定條件下反應，有80%的SO₂發生轉化，因此參加反應的二氧化硫是：0.40t×80%=0.32t，設生成三氧化硫的質量為x，則：
2SO₂ +O₂ =2SO₃
2×64 2×80
0.32tx
所以x=

2×64

0.32t

x=0.4t
由質量守恒定律可知，反應后混合氣體的總質量為1t，故反應后混合氣體中SO₃的質量分數=

0.4t

1t

=40%，
故答案為：40%；
（2）令硫鐵礦中FeS₂的質量分數為a，則80噸硫礦鐵中FeS₂的質量為0.8a 噸，則：
FeS₂ ～～～～～～～～2H₂SO₄
120t2×98t
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%的發煙硫酸（密度為1.95g/cm³），其質量=1000cm³×1.95g/cm³=1950g，其中SO₃的質量=1950g×30%，硫酸的質量為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量=

98×1950g×30%

80

+1950g×70%，
設需要加入水的質量為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FeS₂為4mol，則：
4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂ 氣體物質的量減少
4 118 3
4mol 11mol8mol3mol
氧氣過量20%，則通入氧氣為11mol×（1+20%）=13.2，故反應后混合氣體總物質的量=13.2mol-3mol=10.2mol，故所得爐氣中SO₂的體積分數=

8mol

10.2mol

×100%=78.4%，
答：所得爐氣中SO₂的體積分數為78.4%．
（5）480g純凈的FeS₂的物質的量為

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，
反應后生成n（SO₂）=8mol，消耗n（O₂）=bmol，
根據反應前后氧原子守恒：b×2=a+8×2，則b=0.5a+8，
故答案為：b=0.5a+8．