Question

工业上生产硫酸的原料，一种是黄铁矿，其主要成分为FeS₂（S为-1价）；另一种是磁黄铁矿，其主要成分是Fe_1-xS（S为-2价），式中x通常为0.1~0.2，既含有Fe^2＋又含有Fe^3＋。

生产硫酸时将矿石煅烧，发生反应如下：

①  4 FeS₂ + 11 O₂ → 2 Fe₂O₃ + 8 SO₂  

②  4 Fe_1-xS + (7-3x) O₂ → 2 (1-x) Fe₂O₃ + 4 SO₂

（1）含FeS₂ 72%的黄铁矿10吨，理论上最多可以生产98%的浓硫酸            吨（矿石中无其他含硫物质）。

（2）若磁黄铁矿Fe_1-xS中x=0.1，则Fe_1-xS中Fe^2＋与Fe^3＋的物质的量之比为      ：1。

（3）煅烧矿石时，为了尽可能地将矿石中的硫转变为SO₂，需通入过量20%的空气（其中N₂与O₂的体积比为4：1，假设无其他气体成分），计算磁黄铁矿充分煅烧后排出的气体中SO₂的体积分数（用含x的代数式表示）。

（4）将一定量的磁黄铁矿溶于足量的盐酸，充分反应后测得生成S单质2.4g，FeCl₂ 0.425mol，且溶液中无Fe^3＋，计算Fe_1-xS中的x值（矿石中其他成分不与盐酸反应）。

Answer

（1）12    （2分）   

（2）3.5        （3分） 

（3）     （3分）

（4）0.15   （4分）

【解析】

试题分析：

（1）根据关系式有：FeS2~2H2SO4，

                 120     196

              10t×72%    x×98%   解得x=12t；

（2）设二价铁为xmol，三价铁为ymol，故有x+y=0.9，2x+3y=2，解得x=0.7，y=0.2。故为3.5:1；

（3）【解析】
设生成4mol SO2，则需要1.2 (7-3x)mol的O2，所需空气中的N2为4.8 (7-3x)mol；

 反应后得到的混合气体组成为：SO2 4mol、O2 0.2 (7-3x)mol、N2 4.8 (7-3x)mol；

 ∴ SO2的体积分数       

（4）解法一：由2Fe3＋~S，得0.15mol

由铁原子守恒得：Fe1-xS中0.425mol，0.275mol

由化合价得：（0.27520.153）20.5mol

∴    ∴

解法二：Fe1-xS +    HCl →    FeCl2 +    H2S↑+    S↓

由原子守恒得，0.425mol  （盐酸中氢元素反应后在H2S中，氯元素在FeCl2中）

∴ Fe1-xS中  硫元素0.075+0.425=0.5mol  铁元素0.425mol

∴    ∴

考点：化学计算，守恒法、关系式法。