Question

硫及其化合物在生产和生活中有广泛的应用，接触法制硫酸可以用黄铁矿或硫为原料．完成下列计算：
（1）某化工厂以黄铁矿为原料，用接触法制硫酸．黄铁矿煅烧时FeS₂的利用率为90%，SO₂的转化率为95%，SO₃吸收为H₂SO₄时的损耗率为2%．现有含70% FeS₂的黄铁矿1 吨，可生产98%的硫酸

 

吨．
（2）某化工厂以硫为原料，为使硫充分燃烧，且在下一步催化氧化时不再补充空气，要求燃烧后混合气体中含氧气的体积分数为11%．若空气中氧气的体积分数为21%，且不考虑各生产阶段的物料损失．问该厂生产100吨 98%的硫酸需要消耗标准状况下空气

 

m³．
（3）直接排放含SO₂的烟气会形成酸雨，危害环境．利用钠碱循环法可脱除烟气中的SO₂．在钠碱循环法中，若用500mL 0.20mol/LNaOH溶液吸收SO₂制得pH=8.2吸收液，吸收液吸收SO₂的过程中，pH随n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）变化关系如下表：

n（SO32-）：n（HSO3-）	91：9	1：1	9：91
pH	8.2	7.2	6.2

忽略溶液体积变化，不考虑其他形态的含硫化合物，试求（结果保留三位有效数字）
①pH=8.2时溶液中Na₂SO₃ 的物质的量浓度？
②该吸收液pH从8.2变化到6.2过程中吸收的SO₂在标准状况下的体积约为多少毫升？
（4）现有只含一种含氧酸根的纯净的固体复盐试样，经测定，该固体中含有一种金属元素和四种非金属元素．为进一步确定该固体成分，现将9.64g该固体试样分成两等份后溶于水，一份滴加足量KOH溶液并微热，立即产生红褐色沉淀和能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，沉淀经过滤、洗涤、灼烧，质量为0.800g；另一份滴加足量的盐酸酸化的BaCl₂溶液，产生的白色沉淀经过滤、洗涤、灼烧，质量为4.66g．通过计算推断该盐的化学式．

Answer 1

考点：化学方程式的有关计算,物质的量浓度的相关计算,复杂化学式的确定

专题：计算题

分析：（1）根据S元素守恒，可得关系式为：FeS₂～2SO₂～2SO₃～2H₂SO₄，把每一步的利用率、转化率、损失率都以FeS₂计算，设制得98%的硫酸xt，结合关系式计算；
（2）燃烧发生反应S+O₂

点燃  .

SO₂，硫燃烧后体积不变，设消耗空气为bmol，则空气中氧气为0.21bmol，硫燃烧后的气体中氧气为0.11bmol，故硫燃烧消耗的氧气为0.21bmol-0.11bmol=0.1bmol，根据S原子守恒可知n（H₂SO₄）=n（SO₂），结合方程式可知硫燃烧消耗的氧气等于二氧化硫的物质的量，再根据V=nV_m计算空气的体积；
（3）①根据钠离子守恒n（NaOH）=2n（Na₂SO₃ ）+n（NaHSO₃），据此计算n（Na₂SO₃ ），再根据c=

n

V

计算；
②根据①中分析计算pH=6.2时溶液中n（Na₂SO₃ ）、n（NaHSO₃），再根据S原子守恒计算稀释的二氧化硫的物质的量，根据V=nV_m计算二氧化硫的体积；
（4）一份滴加足量KOH溶液并微热，立即产生红褐色沉淀和能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，沉淀为Fe（OH）₃、气体为NH₃，说明盐中含有Fe³⁺、NH₄⁺，沉淀经过滤、洗涤、灼烧，得到0.800g为Fe₂O₃的质量，根据Fe元素守恒n（Fe³⁺）=2n（Fe₂O₃）；
另一份滴加足量的盐酸酸化的BaCl₂溶液，产生的白色沉淀4.66g为BaSO₄，说明盐中含有SO₄^2-，根据硫酸根守恒n（SO₄^2-）=n（BaSO₄）；
根据电荷守恒可知，n（NH₄⁺）=2n（SO₄^2-）-3n（Fe³⁺）；
再根据m=nM计算m（NH₄⁺）、m（Fe³⁺）、m（SO₄^2-），根据三者质量之和与每份复盐的质量判断是否含有结晶水，若含有结晶水，再计算结晶水的质量，进而计算结晶水的物质的量，计算n（NH₄⁺）：n（Fe³⁺）：n（SO₄^2-）：n（H₂O）确定化学式．

解答： 解：（1）设制得98%的硫酸xt，
       FeS₂～～2SO₂～～2SO₃～～2H₂SO₄
       120                    196
1t×70%×90%×95%×（1-2%）     x×98%
x=

1t×70%×90%×95%×(1-2%)×196

120×98%

=0.978t，
故答案为：0.978；
（2）燃烧发生反应S+O₂

点燃  .

SO₂，硫燃烧后体积不变，设消耗空气为bmol，则空气中氧气为0.21bmol，硫燃烧后的气体中氧气为0.11bmol，故硫燃烧消耗的氧气为0.21bmol-0.11bmol=0.1bmol，每天生成H₂SO₄的物质的量=

100×106g×98%

98g/mol

=1×10⁶mol，根据S原子守恒可知n（H₂SO₄）=n（SO₂）=1×10⁶mol，由方程式可知：1×10⁶mol=0.1bmol，故b=1×10⁷，故需要空气的体积=1×10⁷mol×0.0224m³/L=2.24×10⁵ m³，
故答案为：2.24×10⁵；
（3）①n（NaOH）=0.5L×0.20mol/L=0.1mol，pH=8.2时溶液中n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）=91：9，令n（SO₃^2-）=91a mol、n（HSO₃^-）=9a mol，根据钠离子守恒，则：91a mol×2+9a mol=0.1 mol，解得a=

0.1

191

，故Na₂SO₃ 的物质的量浓度=

0.1mol 191 ×91

0.5L

=0.0953mol/L，
答：pH=8.2时溶液中Na₂SO₃ 的物质的量浓度为0.0953mol/L．
②pH=6.2时溶液中n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）=9：91，令n（SO₃^2-）=9b mol、n（HSO₃^-）=91b mol，根据钠离子守恒，则：9b mol×2+91b mol=0.1 mol，解得b=

0.1

109

，
根据S原子守恒可知，吸收的SO₂为：100b-100a=100×（

0.1mol

109

-

0.1mol

191

），故标况下吸收SO₂的体积为：100×（

0.1mol

109

-

0.1mol

191

）×22400mL/mol=883mL，
答：吸收的SO₂在标准状况下的体积约为883mL．
（4）一份滴加足量KOH溶液并微热，立即产生红褐色沉淀和能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，沉淀为Fe（OH）₃、气体为NH₃，说明盐中含有Fe³⁺、NH₄⁺，沉淀经过滤、洗涤、灼烧，得到0.800g为Fe₂O₃的质量，根据Fe元素守恒n（Fe³⁺）=2n（Fe₂O₃）=

0.8g

160g/mol

=0.01mol；
另一份滴加足量的盐酸酸化的BaCl₂溶液，产生的白色沉淀4.66g为BaSO₄，说明盐中含有SO₄^2-，根据硫酸根守恒n（SO₄^2-）=n（BaSO₄）=

4.66g

233g/mol

=0.02mol，
根据电荷守恒可知，n（NH₄⁺）=2n（SO₄^2-）-3n（Fe³⁺）=2×0.02mol-3×0.01mol=0.01mol，
故m（NH₄⁺）+m（Fe³⁺）+m（SO₄^2-）=0.01mol×18g/mol+0.01mol×56g/mol+0.02mol×96g/mol=2.66g，每份盐的质量=

9.64g

2

=4.82g＞2.66g，该固体中含有一种金属元素和四种非金属元素，故还含有结晶水，则结晶水的质量=4.82g-2.66g=2.16g，其物质的量=

2.16g

18g/mol

=0.12mol，
故该复盐中n（NH₄⁺）：n（Fe³⁺）：n（SO₄^2-）：n（H₂O）=0.01：0.01：0.02：0.12=1：1：2：12，
故该复盐的化学式为：NH₄Fe（SO₄）₂?12H₂O，
答：该复盐的化学式为NH₄Fe（SO₄）₂?12H₂O．

点评：本题考查多步反应计算、化学方程式计算、混合物计算、无机物推断等，属于拼合型题目，是对学生综合能力的考查，难度较大．