Question

黄铁矿（主要成分为FeS₂）是生产硫酸的主要原料．高温时，黄铁矿在空气中煅烧[设空气中V（N₂）：V（O₂）=4：1且不含其他气体]，可发生下列反应：4FeS₂+11O₂→2Fe₂O₃+8SO₂．
根据题意完成下列计算：
（1）若把2.00g某黄铁矿试样在足量空气中充分灼烧后（杂质不反应、不挥发），得到1.56g残渣，则该黄铁矿的纯度为______．
（2）煅烧70t黄铁矿（含硫35%，杂质不含硫且不反应）生产出72.8t硫酸铵．若黄铁矿制取硫酸时的利用率为80%，则在制取硫酸铵时硫酸的利用率为______（答案保留两位小数）．
（3）为使FeS₂煅烧完全生成Fe₂O₃，工业上使用过量空气，当空气过量20%时，煅烧后的混合气体平均相对分子质量为______（答案保留两位小数）．
（4）硫酸工业的尾气可以使用氨水进行吸收，既防止了有害物质的排放，也同时生产副产品氮肥．已知吸收尾气后的氨水全部转化为铵盐．取两份相同体积的铵盐溶液，一份中加入足量硫酸，产生0.09mol SO₂（假设气体已全部逸出，下同）；另一份中加入足量Ba（OH）₂，产生0.16mol NH₃，同时得到21.86g沉淀．通过计算，求铵盐溶液中各溶质成分与物质的量浓度之比．

Answer 1

解：（1）FeS₂在氧气流中充分灼烧，完全反应后生成Fe₂O₃，根据Fe元素守恒可得2FeS₂～Fe₂O₃，利用差量法计算，
设2.00g矿石样品中FeS₂的质量为m，则
2FeS₂～Fe₂O₃ △m
240g 160g 80g
m 0.44g
m==1.32g，
所以该黄铁矿中FeS₂的质量分数为×100%=66%
故答案为：66%；
（2）根据S元素守恒，利用关系式发计算，反应的关系式为：FeS₂～2SO₂～2SO₃～2H₂SO₄～（NH₄）₂SO₄
设制取硫酸铵时硫酸的利用率为x，
S～SO₂～SO₃～H₂SO₄～（NH₄）₂SO₄
32g 132g
70t×35%×80%×x 72.8t
=
x=90.04%
故答案为：90.04%；
（3）设FeS₂为1 mol，完全煅烧需要的n（O₂）=2.75 mol，n（SO₂）=2mol；过量20%所需空气为：n（空气）=2.75÷0.2×1.2=16.5 mol，则混合物气体中氧气为16.5mol×-2.75mol=0.55mol，氮气的物质的量为16.5mol×=13.2mol，SO₂为2mol，则混合气体的摩尔质量为
=32.71g/mol，所以煅烧后的混合气体平均相对分子质量为32.71，故答案为：32.71；
（4）设0.09molSO₂能产生沉淀的质量为Xg
SO₂ ～BaSO₃
1mol 217g
0.09mol X
X=19.53g
所以沉淀中有硫酸钡和亚硫酸钡，硫酸钡的质量为21.86g-19.53g=2.33g，
硫酸根的物质的量为=0.01mol，亚硫酸根的物质的量=0.09mol，
所以（NH₄）₂SO₄的物质的量为0.01mol，（NH₄）₂SO₄产生的NH₃是0.01mol×2=0.02mol；
共产生0.16molNH₃，其他成分产生氨气0.16mol-0.02mol=0.14mol，亚硫酸根与铵根为9：14，所以成份还有：亚硫酸铵和亚硫酸氢铵；
设亚硫酸铵和亚硫酸氢铵的物质的量分别为：X、Y，则
X+Y=0.09mol，
2X+Y=0.14mol，
解得：X=0.05mol，Y=0.04mol，
铵盐溶液中各溶质成分与物质的量浓度之比：c[（NH₄）₂SO₃]：c（NH₄HSO₃）：c[（NH₄）₂SO₄]=5：4：1；
答：铵盐溶液中各溶质成分与物质的量浓度之比：c[（NH₄）₂SO₃]：c（NH₄HSO₃）：c[（NH₄）₂SO₄]=5：4：1．
分析：（1）FeS₂在氧气流中充分灼烧，完全反应后生成Fe₂O₃，根据Fe元素守恒以及利用差量法计算FeS₂的质量，进而计算FeS₂的质量分数；
（2）根据S元素守恒，利用关系式法计算；
（3）设FeS₂为1 mol，根据方程式求出消耗的氧气和生成的SO₂，然后求出反应后混合气体的成分以及物质的量和质量，最后根据M=求出摩尔质量，摩尔质量在以g/mol为单位时数值上等于平均相对分子质量；
（4）根据确定沉淀的成分，然后再根据SO₂和氨气的关系确定其他成分，最后列式计算．
点评：本题考查化学方程式的计算，题目难度较大，注意运用差量法、关系式法和讨论法计算．