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硫铁矿又称黄铁矿(主要成分FeS2,杂质不含硫元素),是地壳中分布最广的硫化物。因其浅黄的颜色和明亮的金属光泽,常被误认为是黄金,故又称“愚人金”。
工业上硫铁矿主要用于接触法制造硫酸,其反应原理为:
①FeS2与O2高温下反应生成SO2;
②SO2在催化剂作用下与O2反应生成SO3;
③SO3与H2O反应生成H2SO4.
(1)若1.00吨 SO2与O2的混合气体中含SO2 0.40吨,在一定条件下发生反应②,有80%的SO2发生转化,则反应后混合气体中SO3的质量分数是_________。
(2)现用80吨硫铁矿制硫酸,最后生产出100吨98%的硫酸。若反应过程中硫元素的损失率为5%,则硫铁矿中FeS2的质量分数为__________________。
(3)在浓硫酸中继续溶解SO3后所形成的液体称发烟硫酸,其浓度通常以游离的SO3含量来表示,如20%的发烟硫酸即表示在硫酸中含有20%的SO3。现有1L含SO330%的发烟硫酸(密度为1.95g/cm3),要把它稀释成质量分数为95%的浓硫酸,需加水约多少?(写出计算过程)
(4)已知:850℃~900℃时,硫铁矿在氧气中煅烧,可能发生下列反应:
①3FeS2+8O2→Fe3O4+6SO2
②4FeS2+11O2→2Fe2O3+8SO2    
为使FeS2煅烧完全生成Fe2O3,工业上使用过量氧气,当氧气过量20%时,求所得炉气中SO2的体积分数。(写出计算过程)
57.将480 g纯净的FeS2在氧气中完全反应,若所得固体中n(Fe)∶n(O)=4∶a,此时消耗氧气b mol,试写出b与a的关系式_______________________。
(1)0.4或40%40%
(2)78.9%
(3)241.2g
(4)78.4%
57.b=0.5a+8

试题分析:(1)2SO2+O22SO3。n(SO2)——n(SO3). 发生反应的SO2质量m(SO2)= 0.40吨×80%=0.32吨,则产生的SO3的质量为80/64×0.32吨=0.4吨。故反应后混合气体中SO3的质量分数是0.4÷1×100%=0.4或40%。
(2)根据元素守恒可知关系式为FeS2——2SO2——2SO3——2H2SO4。1mol FeS2可制取2mol H2SO4.即120吨FeS2若完全转化可制取196吨纯净的硫酸。假设的硫铁矿中FeS2的质量分数为X,则可列比例式120:( 2×98) =80×X(1-5%):( 100×98%).解得X=78.9%。
(3)现有1L含SO330%的发烟硫酸(密度为1.95g/cm3),要把它稀释成质量分数为95%的浓硫酸,需加水约多少?m(溶液)= 1.95g/cm3×1000ml ="1950g" .m(SO3)= 1.95g/cm3×1000ml×30%=1950g="585" g.由SO3产生的硫酸质量为585 g×98/80=716.6g. m(H2SO4)= 1.95g/cm3×1000ml×(1-30%)=1365g假设1L含SO330%的发烟硫酸(密度为1.95g/cm3),要把它稀释成质量分数为95%的浓硫酸,需加水质量为Y,则(1950g+Y) × 95%=716.6g+1365g.解得Y=241.2g。
(4)4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2  假设反应产生8摩尔的SO2,则理论上需要11摩尔的O2。由于氧气过量20%,所以实际通入的氧气的物质的量为11×120%mol =13.2mol.过量的氧气为2.2mol.在同温同压下,对于气体来说气体的体积比就是它们的物质的量的比。故所得炉气中SO2的体积分数8÷(8+2.2)×100%=78.4%。
57.在FeS2中n(Fe):n(S)=1:2。480g FeS2的物质的量为480g÷120g/mol=4mol.n(SO2)=8mol.n(Fe)=4mol。在所得固体中n(Fe)∶n(O)=4∶a, n(Fe)=4mol所以在固体中的氧原子的物质的量为amol.在氧化的过程中共消耗的氧气的物质的量为b=0.5a+8。
练习册系列答案
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