Question

硫酸是一种重要的化工原料，也是实验室中常用的化学试剂。某兴趣小组对硫酸的性质、制取、用途等方面的探究，请你共同参与并回答有关问题。

（探究一）硫酸的性质

（1）如图1将足量的稀硫酸分别加入A～E五只烧杯中。无现象的是_____________（填序号）。

（2）烧杯C中的现象是红色褪去，反应后溶液中溶质是什么呢？（无色酚酞不考虑）

（猜   想）猜想一：只有Na₂SO₄ ；         猜想二：有_________________ ；

（3）为了验证猜想，小组同学取烧杯中的溶液，并选用老师提供的pH试纸、BaC1₂溶液、Na₂CO₃溶液，分别进行如下三组探究实验。

实验方案	测溶液pH	滴加Na2CO3溶液	滴加BaCl2溶液
实验操作
实验现象	试纸变色，比照比色卡，pH＜7	____________	产生白色沉淀
实验结论	溶液中有H2SO4	溶液中有H2SO4	溶液中有H2SO4

（得出结论）通过探究，小组同学一致确定猜想二是正确的。

（评价反思）老师指出上述三个实验探究中存在两处明显错误，请大家反思。同学们经过反思发现了这两处错误：

①实验操作中明显的一处错误是_________________________________________；

②实验探究方案中也有一个是不合理的，不合理的原因是____________________________。

（探究二）硫酸的工业制法

工业上以黄铁矿（主要成分是FeS₂）为原料生产硫酸的工艺流程如图所示，其中沸腾炉内发生的主

要反应是：

（1）接触室中发生的化学方程式为_________________________________________。

（2）接触室中的SO₂平衡转化率与温度及压强的关系如下图所示，催化剂活性与温度的关系如图所示。在实际生产中，SO₂催化氧化反应的条件选择常压和450℃（对应图中A点），而没有选择SO₂转化率更高的C点对应的反应条件，其原因是___________________________________。

（探究三）探究某黄铁矿中FeS₂的含量。

（查阅资料）

（实验探究）Ⅰ称取1.60g黄铁矿样品放入如图所示装置（夹持装置省略）的石英管中，从a处不断地缓缓通入空气、高温灼烧石英管中的黄铁矿样品至完全反应（同工业上沸腾炉内的反应）。

Ⅱ反应结束后，将乙瓶中的溶液进行如下图处理。

（问题讨论）I中装置甲瓶内盛放的试剂是氢氧化钠溶液，其作用是_____________________。

（含量测定）计算该黄铁矿中FeS₂的质量分数为_______________。（写出计算过程）

Answer

A Na2SO4和H2SO4 产生气泡 pH试纸直接伸入了待测液 硫酸与氢氧化钠反应的生成物Na2SO4也会与氯化钡生成白色沉淀 C点对应的温度低，催化剂活性低，反应速率也慢 收空气中的二氧化碳，防止干扰实验 75%

【解析】

探究一：硫酸的性质

（1）如图1所示将足量的稀硫酸分别加入A～E五只烧杯中。A烧杯中无明显现象，因为铜的活动性顺序位于金属活动性顺序表氢之后，与稀硫酸不反应；B烧杯中镁条表面产生气泡，因为镁活动性顺序位于金属活动性顺序表氢之前，与稀硫酸反应生成硫酸镁和氢气；C烧杯滴有酚酞的氢氧化钠溶液为红色，加入稀硫酸，硫酸与氢氧化钠反应生成硫酸钠和水，硫酸钠溶液呈中性，溶液会由红色变为无色；D烧杯中碳酸氢钠与稀硫酸反应生成硫酸钠、二氧化碳和水，产生气泡；E烧杯中氧化铁与稀硫酸反应生成硫酸铁和水，红色固体消失，溶液变为黄色；综上所述无现象的是A。

（2）烧杯C中硫酸与氢氧化钠反应生成硫酸钠和水，硫酸钠溶液呈中性，硫酸溶液为酸性，均不会使酚酞试剂变色，由题意实验的现象是红色褪去，则可能硫酸与氢氧化钠恰好完全反应，也有可能硫酸过量，因此在不考虑酚酞的情况下，反应后溶液中溶质可能有两种情况：①只有硫酸钠；②硫酸钠和硫酸。则猜想二为：有Na2SO4和H2SO4

（3）由题意得出的结论为猜想二是正确的，即反应后的溶液中有硫酸钠和硫酸，表格所示的第二个实验方案中向反应后的溶液中滴加Na2CO3溶液，硫酸钠与碳酸钠不会反应，碳酸钠与硫酸反应生成硫酸钠、二氧化碳和水，因此实验现象是产生气泡；

评价反思：

根据表格中所示三个试验方案可知，三个实验探究中存在两处明显错误

①测定溶液的pH值时，应该将pH试纸放在表面皿或玻璃片上，再用玻璃棒蘸取待测液点在pH试纸上，待变色之后与标准试纸进行比较，因此实验操作中明显的一处错误是第一个实验方案，将pH试纸直接伸入了待测液的操作错误；

②由于反应后的溶液中既含有硫酸钠又含有硫酸，硫酸钠与氯化钡反应生成硫酸钡白色沉淀和氯化钠，硫酸与氯化钡反应生成硫酸钡白色沉淀和氯化氢，因此不能通过滴加BaCl2溶液来判断溶液中是否含有硫酸，因此实验探究的第三个方案中是不合理的，不合理的原因是硫酸与氢氧化钠反应的生成物Na2SO4也会与氯化钡生成白色沉淀。

探究二：硫酸的工业制法

（1）根据工艺流程图可知接触室中二氧化硫和氧气在催化剂的作用下反应生成三氧化硫，反应的化学方程式为。

（2）根据SO2平衡转化率与温度及压强的关系图和催化剂活性与温度的关系图可知在实际生产中，SO2催化氧化反应的条件选择常压和450℃（对应图中A点），而没有选择SO2转化率更高的C点对应的反应条件，其原因是C点温度低，催化剂的活性低，反应速率慢。

探究三：探究某黄铁矿中FeS2的含量。

问题讨论：实验探究Ⅰ，如图所示在石英管中黄铁矿样品与空气中的氧气在高温下反应生成二氧化硫，从a处不断地缓缓通入空气，提供氧气参与反应，同时通过气流导出生成的二氧化硫，乙装置过量的氢氧化钠溶液可以吸收生成的二氧化硫，氢氧化钠和二氧化硫反应生成亚硫酸钠和水；由于空气中存在二氧化碳，二氧化碳与氢氧化钠反应生成碳酸钠和水，若不除去空气中的二氧化碳，乙装置中会产生碳酸钠的杂质，因此I中装置甲瓶内盛放的试剂是氢氧化钠溶液，其作用是收空气中的二氧化碳，防止干扰实验。

Ⅱ、如流程图所示乙瓶中的亚硫酸钠加入双氧水，亚硫酸钠与过氧化氢反应生成硫酸钠和水，再加入过量的氯化钡溶液，硫酸钠和氯化钡反应生成硫酸钡沉淀和氯化钠，过滤后最终得到的4.66g固体即为硫酸钡。 根据反应过程、、、 可知黄铁矿中的硫元素最终全部转到硫酸钡中，根据硫元素守恒可知黄铁矿中的硫元素的质量为

则黄铁矿中FeS2的质量为

则黄铁矿中FeS2的质量分数为

答：黄铁矿中FeS2的质量分数为75%。