Question

18．硫酸是重要的化工生产原料，工业上常用硫铁矿焙烧生成SO₂，SO₂氧化到SO₃，再用98.3%左右的浓硫酸吸收SO₃得到“发烟”硫酸（H₂SO₄•SO₃）．最后用制得的“发烟”硫酸配制各种不同浓度的硫酸用于工业生产．
完成下列计算：
（1）1kg 98%的浓硫酸吸收SO₃后，可生产1.978kg“发烟”硫酸．
（2）“发烟”硫酸（H₂SO₄•SO₃）溶于水，其中SO₃都转化为硫酸．若将890g“发烟”硫酸溶于水配成4.00L硫酸，该硫酸的物质的量浓度为2.5mol/L．
（3）硫铁矿氧化焙烧的化学反应如下：
3FeS₂+8O₂→Fe₃O₄+6SO₂    
4FeS₂+11O₂→2Fe₂O₃+8SO₂
①1吨含FeS₂80%的硫铁矿，理论上可生产多少吨98%的浓硫酸？
②若24mol FeS₂完全反应耗用氧气1467.2L（标准状况），计算反应产物中Fe₃O₄与Fe₂O₃物质的量之比．
（4）用硫化氢制取硫酸，既能充分利用资源又能保护环境，是一种很有发展前途的制备硫酸的方法．
硫化氢与水蒸气的混合气体在空气中完全燃烧，再经过催化氧化冷却制得了98%的浓硫酸（整个过程中SO₂损失2%，不补充水不损失水）求硫化氢在混合气中的体积分数．

Answer 1

分析 （1）计算浓硫酸中H₂SO₄、H₂O的质量，根据H₂O的质量计算吸收SO₃生成H₂SO₄质量，进而计算H₂SO₄总质量，再根据关系式H₂SO₄～H₂SO₄•SO₃计算发烟硫酸质量；
（2）根据n=$\frac{m}{M}$计算H₂SO₄•SO₃的物质的量，根据硫元素守恒计算n（H₂SO₄），再根据c=$\frac{n}{V}$计算；
（3）①根据硫元素守恒可得关系式：FeS₂～2SO₂～2SO₃～2H₂SO₄，据此计算；
②根据硫元素守恒计算二氧化硫物质的量，设Fe₃O₄、Fe₂O₃物质的量分别为xmol、ymol，根据Fe原子守恒、O原子守恒列方程计算解答；
（4）98%的浓硫酸化学式可以表示为H₂SO₄.$\frac{1}{9}$H₂O，假设硫化氢为amol，整个过程中SO₂损失2%，则S元素利用率为98%，再根据S元素守恒表示出H₂SO₄.$\frac{1}{9}$H₂O的物质的量，再根据H原子守恒计算硫化氢与水蒸气总物质的量，进而计算硫化氢的体积分数．

解答 解：（1）1kg 98%的浓硫酸中H₂SO₄的质量为1kg×98%=0.98g，故H₂O的质量为1kg-0.98g=0.02kg，由H₂O+SO₃=H₂SO₄，可知生成H₂SO₄的质量为0.02kg×$\frac{98}{18}$，故H₂SO₄总质量=0.98g+0.02kg×$\frac{98}{18}$=$\frac{9.8}{9}$kg，根据关系式H₂SO₄～H₂SO₄•SO₃，可知得到发烟硫酸质量为：$\frac{9.8}{9}$kg×$\frac{98+80}{98}$=1.978kg，
故答案为：1.978；
（2）H₂SO₄•SO₃的物质的量为$\frac{890g}{178g/mol}$=5mol，根据硫元素守恒n（H₂SO₄）=2n（H₂SO₄•SO₃）=10mol，该硫酸的物质的量浓度为$\frac{10mol}{4L}$=2.5mol/L，
故答案为：2.5；
（3）①设理论上可生产x吨98%的浓硫酸，则：
FeS₂～2SO₂～2SO₃～2H₂SO₄
120              2×98
1吨×80%          x吨×98%
所以120：2×98=1吨×80%：x吨×98%，解得x=1.33
答：理论上可生产1.33吨98%的浓硫酸；
②根据硫元素守恒，n（SO₂）=2n（FeS₂）=48mol，消耗氧气物质的量为65.5mol，设Fe₃O₄、Fe₂O₃物质的量分别为xmol、ymol，根据Fe原子守恒、O原子守恒，则：$\left\{\begin{array}{l}{3x+2y=24}\\{4x+3y=65.5×2-48×2}\end{array}\right.$，解得：$\left\{\begin{array}{l}{x=2}\\{y=9}\end{array}\right.$，故Fe₃O₄、Fe₂O₃物质的量之比为2：9，
答：反应产物中Fe₃O₄与Fe₂O₃物质的量之比为2：9；
（4）98%的浓硫酸中H₂SO₄、H₂O的物质的量之比为$\frac{98g}{98g/mol}$：$\frac{2g}{18g/mol}$=1：$\frac{1}{9}$，98%的浓硫酸化学式可以表示为H₂SO₄.$\frac{1}{9}$H₂O，假设硫化氢为amol，整个过程中SO₂损失2%，则S元素利用率为98%，根据S元素守恒，H₂SO₄.$\frac{1}{9}$H₂O的物质的量amol×98%，根据H原子守恒，硫化氢与水蒸气总物质的量为amol×98%×（1+$\frac{1}{9}$）=$\frac{9.8a}{9}$mol，故硫化氢的体积分数为$\frac{amol}{\frac{9.8a}{9}mol}$=0.918，
答：硫化氢在混合气中的体积分数为0.918．

点评 本题考查化学计算，涉及混合物的有关计算、根据方程式的有关计算，过程复杂、计算量很大，为易错题目，难度较大．