Question

18．硫酸是重要的化工生產原料，工業上常用硫鐵礦焙燒生成SO₂，SO₂氧化到SO₃，再用98.3%左右的濃硫酸吸收SO₃得到“發煙”硫酸（H₂SO₄•SO₃）．最后用制得的“發煙”硫酸配制各種不同濃度的硫酸用于工業生產．
完成下列計算：
（1）1kg 98%的濃硫酸吸收SO₃后，可生產1.978kg“發煙”硫酸．
（2）“發煙”硫酸（H₂SO₄•SO₃）溶于水，其中SO₃都轉化為硫酸．若將890g“發煙”硫酸溶于水配成4.00L硫酸，該硫酸的物質的量濃度為2.5mol/L．
（3）硫鐵礦氧化焙燒的化學反應如下：
3FeS₂+8O₂→Fe₃O₄+6SO₂    
4FeS₂+11O₂→2Fe₂O₃+8SO₂
①1噸含FeS₂80%的硫鐵礦，理論上可生產多少噸98%的濃硫酸？
②若24mol FeS₂完全反應耗用氧氣1467.2L（標準狀況），計算反應產物中Fe₃O₄與Fe₂O₃物質的量之比．
（4）用硫化氫制取硫酸，既能充分利用資源又能保護環境，是一種很有發展前途的制備硫酸的方法．
硫化氫與水蒸氣的混合氣體在空氣中完全燃燒，再經過催化氧化冷卻制得了98%的濃硫酸（整個過程中SO₂損失2%，不補充水不損失水）求硫化氫在混合氣中的體積分數．

Answer 1

分析 （1）計算濃硫酸中H₂SO₄、H₂O的質量，根據H₂O的質量計算吸收SO₃生成H₂SO₄質量，進而計算H₂SO₄總質量，再根據關系式H₂SO₄～H₂SO₄•SO₃計算發煙硫酸質量；
（2）根據n=$\frac{m}{M}$計算H₂SO₄•SO₃的物質的量，根據硫元素守恒計算n（H₂SO₄），再根據c=$\frac{n}{V}$計算；
（3）①根據硫元素守恒可得關系式：FeS₂～2SO₂～2SO₃～2H₂SO₄，據此計算；
②根據硫元素守恒計算二氧化硫物質的量，設Fe₃O₄、Fe₂O₃物質的量分別為xmol、ymol，根據Fe原子守恒、O原子守恒列方程計算解答；
（4）98%的濃硫酸化學式可以表示為H₂SO₄.$\frac{1}{9}$H₂O，假設硫化氫為amol，整個過程中SO₂損失2%，則S元素利用率為98%，再根據S元素守恒表示出H₂SO₄.$\frac{1}{9}$H₂O的物質的量，再根據H原子守恒計算硫化氫與水蒸氣總物質的量，進而計算硫化氫的體積分數．

解答 解：（1）1kg 98%的濃硫酸中H₂SO₄的質量為1kg×98%=0.98g，故H₂O的質量為1kg-0.98g=0.02kg，由H₂O+SO₃=H₂SO₄，可知生成H₂SO₄的質量為0.02kg×$\frac{98}{18}$，故H₂SO₄總質量=0.98g+0.02kg×$\frac{98}{18}$=$\frac{9.8}{9}$kg，根據關系式H₂SO₄～H₂SO₄•SO₃，可知得到發煙硫酸質量為：$\frac{9.8}{9}$kg×$\frac{98+80}{98}$=1.978kg，
故答案為：1.978；
（2）H₂SO₄•SO₃的物質的量為$\frac{890g}{178g/mol}$=5mol，根據硫元素守恒n（H₂SO₄）=2n（H₂SO₄•SO₃）=10mol，該硫酸的物質的量濃度為$\frac{10mol}{4L}$=2.5mol/L，
故答案為：2.5；
（3）①設理論上可生產x噸98%的濃硫酸，則：
FeS₂～2SO₂～2SO₃～2H₂SO₄
120              2×98
1噸×80%          x噸×98%
所以120：2×98=1噸×80%：x噸×98%，解得x=1.33
答：理論上可生產1.33噸98%的濃硫酸；
②根據硫元素守恒，n（SO₂）=2n（FeS₂）=48mol，消耗氧氣物質的量為65.5mol，設Fe₃O₄、Fe₂O₃物質的量分別為xmol、ymol，根據Fe原子守恒、O原子守恒，則：$\left\{\begin{array}{l}{3x+2y=24}\\{4x+3y=65.5×2-48×2}\end{array}\right.$，解得：$\left\{\begin{array}{l}{x=2}\\{y=9}\end{array}\right.$，故Fe₃O₄、Fe₂O₃物質的量之比為2：9，
答：反應產物中Fe₃O₄與Fe₂O₃物質的量之比為2：9；
（4）98%的濃硫酸中H₂SO₄、H₂O的物質的量之比為$\frac{98g}{98g/mol}$：$\frac{2g}{18g/mol}$=1：$\frac{1}{9}$，98%的濃硫酸化學式可以表示為H₂SO₄.$\frac{1}{9}$H₂O，假設硫化氫為amol，整個過程中SO₂損失2%，則S元素利用率為98%，根據S元素守恒，H₂SO₄.$\frac{1}{9}$H₂O的物質的量amol×98%，根據H原子守恒，硫化氫與水蒸氣總物質的量為amol×98%×（1+$\frac{1}{9}$）=$\frac{9.8a}{9}$mol，故硫化氫的體積分數為$\frac{amol}{\frac{9.8a}{9}mol}$=0.918，
答：硫化氫在混合氣中的體積分數為0.918．

點評 本題考查化學計算，涉及混合物的有關計算、根據方程式的有關計算，過程復雜、計算量很大，為易錯題目，難度較大．