Question

黄铁矿主要成分是FeS₂。某硫酸厂在进行黄铁矿成分测定时，取2.000g样品在空气中充分灼烧（假设杂质不参加反应），将生成的SO₂气体与足量Fe₂(SO₄)₃溶液完全反应后，用浓度为0.3360mol·L^－1的KMnO₄标准溶液滴定至终点，消耗KMnO₄溶液25.00mL。
已知：①4FeS₂＋11O₂2Fe₂O₃＋8SO₂
②SO₂＋2Fe^3＋＋2H₂O→SO₄^2－＋2Fe^2＋＋4H^＋
③MnO₄^－＋5Fe^2＋＋8H^＋→Mn^2＋＋5Fe^3＋＋4H₂O
（1）样品中FeS₂的质量分数是           。(用小数表示，保留三位，下同)
（2）煅烧1000 t该黄铁矿生产出997.9 t硫酸铵，若黄铁矿制取硫酸时的利用率为0.800，则在制取硫酸铵时硫酸的利用率为           。
（3）为使黄铁矿充分燃烧，工业上使用过量空气（设空气中O₂的体积分数为0.200），当空气过量20%时，煅烧后气体中SO₂的体积分数是多少？
（4）若接触室导出的气体中含体积分数为0.0672的SO₃。把出口气体送进吸收塔，用质量分数为0.980的硫酸吸收，可得到“发烟H₂SO₄”（H₂SO₄和SO₃的混合物，其中含质量分数为0.200的SO₃）。计算吸收10⁶ m³出口气体（已折算为标准状况）所需要质量分数为0.980的硫酸的质量。

Answer 1

（1）0.630       （2）0.900       （3）0.127         （4）664.6 t  

试题分析：
（1）由方程式得关系式为5FeS₂～10SO₂～20Fe^2＋～4MnO₄^－.n(KMnO₄)= 0.3360mol/L×0.025L=0.0084mol，所以n(FeS₂)= (5÷4)×0.0084mol=0.0105mol。m(FeS₂)= 0.0105mol×120g/mol=1.26g.样品中FeS₂的质量分数是1.26g÷2.000g=0.630.
（2）1000 t该黄铁矿含纯净物的物质的量为（1000 t×0.630×10⁶g/t）÷120g/mol×2=5.25×10⁶mol.假设在制取硫酸铵时硫酸的利用率为X,则根据S元素守恒可得：5.25×10⁶mol×0.800×X×2="(997.9" t×10⁶g/t)÷132g/mol。解得X=0.900。
（3）假设有4mol的FeS₂发生反应，根据方程式4FeS₂＋11O₂2Fe₂O₃＋8SO₂可知产生了8mol 的SO₂需要消耗11mol O₂,因为空气中O₂的体积分数为0.200，所以需要空气的物质的量为11mol÷0.200="55mol," 若空气过量20%，则实际通入的空气的物质的量为55mol×120%=66mol.由方程式可知若有11mol O₂参加反应，由反应前到反应后气体的物质的量减少3mol.所以反应后气体的总物质的量为66-3=63mol.对于气体来说，气体的体积比就是它们的物质的量的比。所以煅烧后气体中SO₂的体积分数是8mol÷63mol=0.127.
（4）假设需要质量分数为0.980的硫酸的质量为X，其中硫酸的物质的量为0.980X÷98=0.010X，水的物质的量为0.020X÷18=0.0011X。则通入SO₃气体发生反应：H₂O+SO₃=H₂SO₄产生的硫酸消耗的SO₃的物质的量为0.0011X。10⁶ m³出口气体SO₃的物质的量为：n(SO₃)="(" 0.0672×10⁶ m³×10³L/m³) ÷22.4 L/mol= 3×10⁶ mol.，那么得到的得到“发烟H₂SO₄”中含有SO₃的物质的量为(3×10⁶-0.0011x)mol. 由于得到“发烟H₂SO₄”中含质量分数为0.200的SO₃。所以(3×10⁶-0.0011x)mol×80g/mol÷(x+3×10⁶mol×80g/mol)=0.2.解得x=664.6×10⁶g=664.6 t。