Question

硫铁矿在高温下用空气氧化产生二氧化硫，4FeS₂+11O₂====8SO₂+2Fe₂O₃。设空气中N₂、O₂的含量分别为0.800和0.200（体积分数，以下气体含量均用体积分数表示）。试完成下列各题。

（1）1.00 mol FeS₂完全氧化，需要空气的体积（标准状况）为________ L。

（2）55 L空气和足量FeS₂完全反应后，气体体积（同温同压）变为________ L。

（3）用空气氧化FeS₂产生的气体混合物中，O₂的含量为0.0800，计算SO₂的含量。

（4）设FeS₂氧化产生的气体混合物为100 L，其中O₂为a L，SO₂为b L。

①写出a和b的关系式。

②在下图中画出a和b的关系曲线（FeS₂氧化时，空气过量20%）。

说明：为方便作图，纵坐标用13b表示。

Answer 1

解析：（1）1.00 mol FeS₂完全氧化，需要空气的体积（标准状况）为1 mol××22.4 L·mol^－1×=308 L。

（2）11O₂    ～    8SO₂    气体体积减小

         11                    8           3

55 L×0.200                       

==3 L

反应后的气体体积为55 L－3 L=52 L。

（3）设反应后总体积为1 L，SO₂的体积分数为x，则SO₂的体积为x，剩余O₂的体积为0.0800 L。由化学方程式可求出参加反应的O₂的体积为x，则反应前O₂的总体积为0.0800 L+x，空气中氮气的体积为氧气体积的4倍，氮气体积为4×（0.0800 L+x）。据题意可建立等式：4×（0.0800 L+x）=1－0.0800－x，求得x=0.0923。

（4）①根据（3）的思路，按反应前后氮气的体积相等可得：4×（a L+b L）=100－a－b，整理即得：13b=200－10a。

②当生成的混合气体中不含SO₂，即13b=0时，此时100 L全部为空气，显然a= 20 L。20 L为a取值的上限，但a的下限并不是为0，因题中明确了空气过量20%。求解a的下限如下：设参加反应的空气为100 L，则过量的空气为20 L。生成的SO₂为100 L×0.200×=14.55 L，生成气体中氮气的体积不变，为120×0.800=96 L，过量的O₂的体积为20×0.200=4 L。则a=100 L×=3.5 L，此时b为最大值：13b=200－3.5×10=165 L。曲线的起点为（3.5，165），曲线的终点为（20，0）。该曲线为直线，由起点和终点即可作图。

答案：（1）308  （2）52

（3）0.0923

（4）①13b=200－10a

②