Question

7．硫鐵礦又稱黃鐵礦，是生產硫酸的原料，其主要成分為FeS₂．850℃～950℃時，硫鐵礦在空氣中煅燒，可能發生下列反應（設空氣中N₂與O₂體積比為4：1）：
3FeS₂+8O₂→Fe₃O₄+6SO₂             ①
4FeS₂+11O₂→2Fe₂O₃+8SO₂           ②
（1）含硫35%的硫鐵礦樣品（雜質不含硫），其FeS₂的含量為65.6%．
（2）設1t純凈的FeS₂按②式完全反應，產生標準狀況下SO₂373.3 m³．
（3）為使FeS₂煅燒完全生成Fe₂O₃，工業上使用過量空氣，當空氣過量20%時，所得爐氣中SO₂的體積分數為多少？
（4）480g純凈的FeS₂在空氣中完全反應，若所得固體中，Fe和O的物質的量之比n（Fe）：n（O）=4：a，此時消耗空氣為bmol．試寫出b與a的關系式b=2.5a+40．

Answer 1

分析 （1）硫元素含量=FeS₂的含量×FeS₂中S元素質量分數；
（2）根據方程式計算生成二氧化硫的體積；
（3）設FeS₂為1 mol，計算完全煅燒需要的n（O₂）、生成的n（SO₂），結合空氣中氧氣含量計算過量20%所需空氣物質的量，計算爐氣的物質的量，進而計算SO₂體積分數；
（4）bmol空氣所含氧氣為：n （O₂）=0.2bmol，根據S原子守恒計算SO₂的物質的量，根據O原子守恒計算固體中O原子物質的量，再結合固體中Fe、O原子數目之比計算．

解答 解：（1）硫元素含量=FeS₂的含量×FeS₂中S元素質量分數，故FeS₂的含量為$\frac{35%}{\frac{64}{120}}$=65.6%，
故答案為：65.6%；
（2）設生成二氧化硫的體積為V m³，則：
4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂
480g                 8×22.4L
10⁶g                 1000V L
故480g：10⁶g=8×22.4L：1000V L
解得V=373.3，
故答案為：373.3；
（3）設FeS₂為1 mol，由4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂ 可知，完全煅燒需要的n（O₂）=1mol×$\frac{11}{4}$=2.75 mol，生成n（SO₂）=2 mol；
過量20%所需空氣為：n（空氣）=2.75mol÷0.2×1.2=16.5 mol，
SO₂體積分數為：SO₂%=2mol÷（16.5+2-2.75）mol=12.7%，
答：所得爐氣中SO₂的體積分數為12.7%；
（4）bmol空氣所含氧氣為：n （O₂）=0.2bmol；480 g純凈的FeS₂為$\frac{480g}{120g/mol}$=4mol，完全反應生成8molSO₂，故存在于固體中的n （O）=（0.2b-8）×2mol，則：n （Fe）：n （O）=4：a=4：（0.2b-8）×2，故b=2.5a+40，
故答案為：b=2.5a+40．

點評 本題考查化學方程式計算，側重考查學生的分析計算能力，注意對基礎知識的理解掌握，難度不大．