Question

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高温下与O₂反应生成SO₂②SO₂在催化剂作用下与O₂反应生成SO₃③SO₃与水反应生成H₂SO₄．
（1）若1.00吨SO₂与O₂的混合气体中含SO₂0.40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吨硫矿铁制硫酸，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+6SO₂②4FeS₂+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，求得炉气中SO₂的体积分数．（写出计算过程）
（5）将480g纯净的FeS2在氧气中完全反应，若得到固体中n（Fe）：n（O）=4：a，此时消耗氧气b mol，试写出b与a的关系式______．

Answer 1

（1）在一定条件下反应，有80%的SO₂发生转化，因此参加反应的二氧化硫是：0.40t×80%=0.32t，设生成三氧化硫的质量为x，则：
2SO₂ +O₂ =2SO₃
2×64 2×80
0.32tx
所以x=

2×64

0.32t

x=0.4t
由质量守恒定律可知，反应后混合气体的总质量为1t，故反应后混合气体中SO₃的质量分数=

0.4t

1t

=40%，
故答案为：40%；
（2）令硫铁矿中FeS₂的质量分数为a，则80吨硫矿铁中FeS₂的质量为0.8a 吨，则：
FeS₂ ～～～～～～～～2H₂SO₄
120t2×98t
0.8a t×（1-5%） 100t×98%
所以，120t：2×98t=0.8a t×（1-5%）：100t×98%
解之得：a=78.95%，
故答案为：78.95%；
（3）1L含SO₃30%的发烟硫酸（密度为1.95g/cm³），其质量=1000cm³×1.95g/cm³=1950g，其中SO₃的质量=1950g×30%，硫酸的质量为1950g×70%，则：
SO₃ +H₂O=H₂SO₄
80 98
1950g×30% m（H₂SO₄）
故m（H₂SO₄）=

98×1950g×30%

80

故加水后硫酸的总质量=

98×1950g×30%

80

+1950g×70%，
设需要加入水的质量为yg，则：（1950g+y g）×95%=

98×1950g×30%

80

+1950g×70%，
解得y=241.2，
答：需要加水约241.2g；
（4）假设FeS₂为4mol，则：
4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂ 气体物质的量减少
4 118 3
4mol 11mol8mol3mol
氧气过量20%，则通入氧气为11mol×（1+20%）=13.2，故反应后混合气体总物质的量=13.2mol-3mol=10.2mol，故所得炉气中SO₂的体积分数=

8mol

10.2mol

×100%=78.4%，
答：所得炉气中SO₂的体积分数为78.4%．
（5）480g纯净的FeS₂的物质的量为

480g

120g/mol

=4mol，则n（Fe）=4mol，n（S）=8mol，
得到固体中n（Fe）：n（O）=4：a，则固体中n（O）=a，
反应后生成n（SO₂）=8mol，消耗n（O₂）=bmol，
根据反应前后氧原子守恒：b×2=a+8×2，则b=0.5a+8，
故答案为：b=0.5a+8．