Question

硫铁矿又称黄铁矿（主要成分FeS₂，杂质不含硫元素），是地壳中分布最广的硫化物。因其浅黄的颜色和明亮的金属光泽，常被误认为是黄金，故又称“愚人金”。

工业上硫铁矿主要用于接触法制造硫酸，其反应原理为：

①FeS₂与O₂高温下反应生成SO₂；

②SO₂在催化剂作用下与O₂反应生成SO₃；

③SO₃与H₂O反应生成H₂SO₄．

（1）若1.00吨 SO₂与O₂的混合气体中含SO₂ 0.40吨，在一定条件下发生反应②，有80%的SO₂发生转化，则反应后混合气体中SO₃的质量分数是_________。

（2）现用80吨硫铁矿制硫酸，最后生产出100吨98%的硫酸。若反应过程中硫元素的损失率为5%，则硫铁矿中FeS₂的质量分数为__________________。

（3）在浓硫酸中继续溶解SO₃后所形成的液体称发烟硫酸，其浓度通常以游离的SO₃含量来表示，如20%的发烟硫酸即表示在硫酸中含有20%的SO₃。现有1L含SO₃30%的发烟硫酸（密度为1.95g/cm³），要把它稀释成质量分数为95%的浓硫酸，需加水约多少？（写出计算过程）

（4）已知：850℃～900℃时，硫铁矿在氧气中煅烧，可能发生下列反应：

①3FeS₂＋8O₂→Fe₃O₄＋6SO₂

②4FeS₂＋11O₂→2Fe₂O₃＋8SO₂    

为使FeS₂煅烧完全生成Fe₂O₃，工业上使用过量氧气，当氧气过量20%时，求所得炉气中SO₂的体积分数。（写出计算过程）

57．将480 g纯净的FeS₂在氧气中完全反应，若所得固体中n（Fe）∶n（O）＝4∶a，此时消耗氧气b mol，试写出b与a的关系式_______________________。

Answer

（1）0.4或40%

（2）78.9%

（3）241.2g

（4）78.4%

57．b＝0.5a＋8

【解析】

试题分析：（1）2SO2+O2 2SO3。n（SO2）——n（SO3）. 发生反应的SO2质量m（SO2）= 0.40吨×80%=0.32吨，则产生的SO3的质量为80/64×0.32吨=0.4吨。故反应后混合气体中SO3的质量分数是0.4÷1×100%=0.4或40%。

（2）根据元素守恒可知关系式为FeS2——2SO2——2SO3——2H2SO4。1mol FeS2可制取2mol H2SO4.即120吨FeS2若完全转化可制取196吨纯净的硫酸。假设的硫铁矿中FeS2的质量分数为X，则可列比例式120:（ 2×98） =80×X（1-5%）:（ 100×98%）.解得X=78.9%。

（3）现有1L含SO330%的发烟硫酸（密度为1.95g/cm3），要把它稀释成质量分数为95%的浓硫酸，需加水约多少？m（溶液）= 1.95g/cm3×1000ml =1950g .m（SO3）= 1.95g/cm3×1000ml×30%=1950g=585 g.由SO3产生的硫酸质量为585 g×98/80=716.6g. m（H2SO4）= 1.95g/cm3×1000ml×（1-30%）=1365g假设1L含SO330%的发烟硫酸（密度为1.95g/cm3），要把它稀释成质量分数为95%的浓硫酸，需加水质量为Y，则（1950g+Y） × 95%=716.6g+1365g.解得Y=241.2g。

（4）4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2  假设反应产生8摩尔的SO2，则理论上需要11摩尔的O2。由于氧气过量20%，所以实际通入的氧气的物质的量为11×120%mol =13.2mol.过量的氧气为2.2mol.在同温同压下，对于气体来说气体的体积比就是它们的物质的量的比。故所得炉气中SO2的体积分数8÷（8+2.2）×100%=78.4% 。

57．在FeS2中n（Fe）:n（S）=1:2。480g FeS2的物质的量为480g÷120g/mol=4mol.n（SO2）=8mol.n（Fe）=4mol。在所得固体中n（Fe）∶n（O）＝4∶a， n（Fe）=4mol所以在固体中的氧原子的物质的量为amol.在氧化的过程中共消耗的氧气的物质的量为b＝0.5a＋8。

考点：考查有关硫铁矿氧化过程的反应原理、硫酸的制法、物质的含量等计算的知识。