题目内容
【题目】硫铁矿又称黄铁矿,是生产硫酸的原料,其主要成分为FeS2.850℃~900℃时,硫铁矿在氧气中煅烧,可能发生下列反应(假设空气中的N2和O2体积比为4:1)①3FeS2+8O2→Fe3O4+6SO2 ②4FeS2+11O2→2Fe2O3+8SO2
(1)含硫35%的硫铁矿样品(杂质不含硫),其FeS2的含量为 .
(2)某硫酸厂每天用含FeS260%的硫铁矿500t生产硫酸,如果在沸腾炉内损失5%的硫,SO2的转化率为90%.每天能生产98%的硫酸吨
(3)硫铁矿煅烧过程中空气用量不同时,发生反应和生成炉气中SO2含量也不同,含FeS2 72%的硫铁矿在空气中煅烧并按反应①完全反应,列式计算炉气中的SO2的体积分数最大为多少?
(4)为确保SO2转化为SO3的转化率,某硫酸厂使用富氧空气(空气中加纯氧)煅烧硫铁矿,炉气中SO2和O2的体积分数分别达到11%和9%,FeS2完全转化为Fe2O3 , 列式计算富氧空气中的氧气体积分数为多少?
【答案】
(1)65.6%
(2)427.5t
(3)解:设FeS2为1mol,由3FeS2+8O2→Fe3O4+6SO2 可知,完全煅烧需要的n(O2)=1mol× ,生成n(SO2)=2 mol,需要空气物质的量n(空气)=
mol÷0.2=
mol,反应炉气物质的量为2mol+
mol×
=
mol,则炉气中SO2最大体积分数:SO2%=
×100%=15.8%,
答:所得炉气中SO2的体积分数为15.8%;
(4)解:设炉气为100mol,则SO2为11mol、O2为9mol,氮气为100mol﹣11mol﹣9mol=80mol,根据4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2可知,消耗氧气为11mol× ,故富氧空气中的氧气物质的量为11mol×
+9mol=
,则富氧空气中的氧气的体积分数为:
×100%=23.2%,
答:富氧空气中的氧气体积分数为23.2%.
【解析】解:(1)硫铁矿中硫元素含量=FeS2的含量×FeS2中S元素质量分数,则w(FeS2)× =35%,解得w(FeS2)=65.6%,故答案为:65.6%;(2)设可得98%的浓硫酸的质量为x,根据硫守恒得: 2H2SO4~FeS2
2×98t 120t
98%x 500t×60%×(1﹣5%)×90%
解之得:x=427.5t,
故答案为:427.5t;
(1)FeS2的质量分数×FeS2中S元素质量分数=硫铁矿样品中S元素质量分数;(2)由硫元素守恒,可得关系式:2H2SO4~FeS2 , 把每一步的利用率、损失率都转化为FeS2的利用率,再结合关系式计算;(3)设FeS2为1 mol,计算完全煅烧需要的n(O2)、生成的n(SO2),结合空气中氧气含量计算所需空气物质的量,计算炉气的物质的量,进而计算SO2体积分数;(4)设炉气为100mol,则SO2为11mol、O2为9mol,氮气为100mol﹣11mol﹣9mol=80mol,根据4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2计算消耗氧气物质的量,进而是计算富氧空气中的氧气体积分数.
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