Question

14．硫鐵礦高溫下被空氣氧化產生二氧化硫：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，以下氣體含量均用體積分數表示），試完成下列各題：
（1）1.00molFeS₂完全氧化，需要空氣的體積（標準狀況）為308L．
（2）55L空氣和足量FeS₂完全反應后，氣體體積（同溫同壓）變為52L．
（3）用空氣氧化FeS₂產生的氣體混合物中，O₂的含量為0.0800，計算SO₂的含量．
（4）設FeS₂氧化產生的氣體混合物為100L，其中O₂為a L，SO₂為b L．
①寫出a和b的關系式13b=200-10a．
②在如圖中畫出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

分析 （1）根據方程式計算需要氧氣的物質的量，再根據V=nVm氧氣的體積，根據空氣中氧氣的體積分數計算需要空氣的體積；
（2）計算空氣中氧氣的體積，利用差量法計算反應后氣體體積變化，據此解答；
（3）令反應后氣體總體積為1L，二氧化硫的體積分數為y，根據氮氣的體積不變列方程計算解答；
（4）①根據二氧化硫的體積計算參加反應氧氣體積，表示出氮氣的體積，利用氮氣體積不變列關系式解答；
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，空氣過量20%，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×$\frac{11}{8}$=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×$\frac{4}{4+96+14.55}$=3.5 L，此時b為最大值，曲線的起點為（3.5，165），曲線的終點為（20，0），該曲線為直線．

解答 解：（1）根據方程式4FeS₂+11O₂=8SO₂+2Fe₂O₃可知，1.00molFeS₂完全氧化需要氧氣物質的量=$\frac{11}{4}$mol，
故需要空氣的體積=$\frac{\frac{11}{4}mol×22.4L/mol}{0.2}$=308L，
故答案為：308；
（2）55L空氣中氧氣的體積=55L×0.2=11L，則：
4FeS₂+11O₂=8SO₂+2Fe₂O₃ 氣體體積減少△V
      11                      11-8=3
      11L                       3L
故反應后氣體的體積為55L-3L=52L，
故答案為：52；
（3）令反應后氣體總體積為1L，二氧化硫的體積分數為y，則SO₂的體積為yLy，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$\frac{11}{8}$y，則反應前O₂的總體積為0.0800 L+$\frac{11}{8}$y，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+$\frac{11}{8}$y），則：
4×（y×$\frac{11}{8}$+0.0800）=1-0.0800-y
解得：y=0.0923
答：二氧化硫的體積分數為0.0923；
（4）①4FeS₂+11O₂=8SO₂+2Fe₂O₃
              11    8           
              $\frac{11}{8}$bL  bL  
反應前后氮氣的體積不變，則：（aL+$\frac{11}{8}$bL）×4=100L-aL-bL，整理可得：13b=200-10a，
故答案為：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，空氣過量20%，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×$\frac{11}{8}$=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×$\frac{4}{4+96+14.55}$=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：，
故答案為：．

點評 本題考查根據方程式的計算，側重考查學生分析計算能力，（4）中作圖為易錯點，學生容易忽略空氣過量，難度較大．