Question

11．硫有多種含氧酸，亞硫酸（H₂SO₃）、硫酸（H₂SO₄）、焦硫酸（H₂SO₄•SO₃）、硫代硫酸（H₂S₂O₃）等等，其中硫酸最為重要，在工業上有廣泛的應用．在實驗室，濃硫酸是常用的干燥劑．
完成下列計算：
（1）焦硫酸（H₂SO₄•SO₃）溶于水，其中的SO₃都轉化為硫酸．若將445g焦硫酸溶于水配成4.00L硫酸，該硫酸的物質的量濃度為1.25mol/L．
（2）將1.95g鋅加入到12.00mL 18.4mol/L的濃硫酸中（假設生成的氣體中無氫氣，濃硫酸產生單一的還原產物），充分反應后，小心地將溶液稀釋到1000mL，取出15.00mL，
以酚酞為指示劑，用0.25mol/L的NaOH溶液滴定，耗用NaOH溶液的體積為21.70mL．通過計算確定濃硫酸被還原的產物是S．
（3）硫鐵礦是工業上制硫酸的主要原料．硫鐵礦氧化焙燒的化學反應如下：
3FeS₂+8O₂→Fe₃O₄+6SO₂              4FeS₂+11O₂→2Fe₂O₃+8SO₂
若48mol FeS₂完全反應耗用氧氣2934.4L（標準狀況），計算反應產物中Fe₃O₄與Fe₂O₃物質的量各為多少？
閃鋅礦（主要成份為ZnS）是含鋅主要礦物之一，高溫加熱閃鋅礦生成ZnO和SO₂．ZnO用于冶煉金屬鋅，SO₂可制亞硫酸鹽或硫酸．計算回答下列問題（計算保留2位小數）
（4）取1.56g閃鋅礦樣品，在空氣中高溫加熱（雜質不反應），充分反應后，冷卻，得到殘留固體的質量為1.32g，樣品中含硫化鋅的質量分數是多少？生產10噸98%的濃硫酸需要這種礦石多少噸？（反應過程中硫損失2%）

Answer 1

分析 （1）根據公式c=$\frac{n}{V}$，來求硫酸的物質的量濃度；
（2）消耗的硫酸的物質的量是0.012L×18.4mol/L-0.18mol=0.0408mol．設硫酸的還原產物中，硫元素的化合價是n，金屬鋅的物質的量是：$\frac{1.95g}{65g/mol}$=0.03mol，生成硫酸鋅的物質的量是0.03mol，所以0.03mol的硫酸顯示酸性，根據電子守恒和化合價變化之間的關系來計算；
（3）設Fe₃O₄與Fe₂O₃物質的量分別為amol，bmol然后鐵守恒和消耗氧氣的量列方程組解；
（4）閃鋅礦（主要成份為ZnS）在空氣中高溫加熱閃鋅礦生成ZnO和SO₂，根據固體質量差量法來計算即可，依據硫元素守恒結合反應過程中的定量關系計算得到，反應的關系式為：S～ZnS～SO₂～SO₃～H₂SO₄；

解答 解：（1）n（H₂SO₄）=2n（H₂SO₄•SO₃）=$\frac{445g}{178g/mol}$×2=5mol，所以該硫酸的物質的量濃度為c（H₂SO₄）=$\frac{5mol}{4.00L}$=1.25mol/L，故答案為：1.25mol/L；
（2）取1.95g鋅加入到12.00mL18.4mol/L的濃硫酸中（反應中只生成一種還原產物），消耗的硫酸的物質的量是0.012L×18.4mol/L-0.18mol=0.0408mol．設硫酸的還原產物中，硫元素的化合價是n，金屬鋅的物質的量是：$\frac{1.95g}{65g/mol}$=0.03mol，生成硫酸鋅的物質的量是0.03mol，所以0.03mol的硫酸顯示酸性，根據電子守恒：$\frac{1.95g}{65g/mol}$×（2-0）=（0.0408mol-0.03mol）×（6-n），解得n=0，所以濃硫酸被還原的產物是硫單質，
故答案為：S；
（3）2934.4L氧氣的物質的量為$\frac{2934.4L}{22.4L/mol}$=131mol，設Fe₃O₄與Fe₂O₃物質的量分別為amol，bmol，則3a+2b=48 8a+$\frac{11}{2}$b=131，解得：a=4 b=18，所以Fe₃O₄物質的量為4mol，Fe₂O₃物質的量為18mol，
答：反應產物中Fe₃O₄與Fe₂O₃物質的量為：Fe₃O₄4 mol，Fe₂O₃，18 mol；
（4）設ZnS的質量是x，則2ZnS+3O₂=2ZnO+2SO₂   減少的固體質量
                     194       161          32
                     x                    1.56-1.32
即$\frac{194}{x}$=$\frac{32}{1.56-1.32}$，解得x=1.455g，
所以ZnS的質量分數=$\frac{1.455}{1.56}$×100%≈93%，
根據S元素守恒，利用關系式發計算，反應的關系式為：S～ZnS～SO₂～SO₃～H₂SO₄，
設制得98%的硫酸10t，需要礦石xt
        S～ZnS～SO₂～SO₃～H₂SO₄
        32              98
   x×93%×$\frac{32}{97}$（1-2%）     10×98%
x=10.64t
答：樣品中含硫化鋅的質量分數是93%，生產10噸98%的濃硫酸需要這種礦石10.64噸；

點評 本題是一道關于元素以及化合物的計算題，多種解題思想：元素守恒、極限反應的靈活應用是解題的關鍵，難度大．