Question

（2013?浦东新区二模）工业上生产硫酸的原料，一种是黄铁矿，其主要成分为FeS₂（S为-1价）；另一种是磁黄铁矿，其主要成分是Fe_1-xS（S为-2价），式中x通常为0.1～0.2，既含有Fe²⁺又含有Fe³⁺．
生产硫酸时将矿石煅烧，发生反应如下：
①4FeS₂+11O₂→2Fe₂O₃+8SO₂
②4Fe_1-xS+（7-3x） O₂→2 （1-x） Fe₂O₃+4SO₂
（1）含FeS₂ 72%的黄铁矿10吨，理论上最多可以生产98%的浓硫酸

12

吨（矿石中无其他含硫物质）．
（2）若磁黄铁矿Fe_1-xS中x=0.1，则Fe_1-xS中Fe²⁺与Fe³⁺的物质的量之比为

3.5

：1．
（3）煅烧矿石时，为了尽可能地将矿石中的硫转变为SO₂，需通入过量20%的空气（其中N₂与O₂的体积比为4：1，假设无其他气体成分），计算磁黄铁矿充分煅烧后排出的气体中SO₂的体积分数（用含x的代数式表示）．
（4）将一定量的磁黄铁矿溶于足量的盐酸，充分反应后测得生成S单质2.4g，FeCl₂ 0.425mol，且溶液中无Fe³⁺，计算Fe_1-xS中的x值（矿石中其他成分不与盐酸反应）．

Answer 1

分析：（1）由元素守恒可得关系式：FeS₂～2SO₂～2H₂SO₄，令理论上最多可以生产98%的浓硫酸m吨，根据关系式计算；
（2）令Fe_1-xS的物质的量为1mol，设Fe²⁺、Fe³⁺的物质的量分别为amol、bmol，根据化合价代数和为0及铁原子物质的量之和列方程，据此解答；
（3）设生成4molSO₂，则参加反应的氧气（7-3x）mol，实际通入的O₂为1.2（7-3x）mol，所需空气中氮气为4.8（7-3x）mol，再计算反应后得到的混合气体各组分物质的量，据此计算；
（4）由2Fe³⁺～S可知，n（Fe³⁺）=2n（S），据此计算Fe_1-xS中n（Fe³⁺），由铁原子守恒，Fe_1-xS中n（Fe）=n（FeCl₂）=0.425mol，据此计算Fe_1-xS中n（Fe²⁺），再根据化合价代数和为0，计算Fe_1-xS中n（S），由Fe_1-xS中Fe、S原子比例关系计算x的值．

解答：解：（1）由元素守恒可得关系式：FeS₂～2SO₂～2H₂SO₄，令理论上最多可以生产98%的浓硫酸m吨，则：
        FeS₂～2SO₂～2H₂SO₄，
        120          2×98
   10吨×72%       m吨×98%
故

120

2×98

=

10吨×72%

m吨×98%

解得m=12
故答案为：12；
（2）Fe_1-xS中x=0.1，令Fe_1-xS的物质的量为1mol，设Fe²⁺、Fe³⁺的物质的量分别为amol、bmol，
根据化合价代数和为0有：2a+3b=2，
由铁原子物质的量之和可得：a+b=0.9，
联立解得a=0.7，b=0.2
故Fe_1-xS中Fe²⁺与Fe³⁺的物质的量之比为0.7mol：0.2mol=3.5：1，
故答案为：3.5；
（3）设生成4molSO₂，则参加反应的氧气为（7-3x）mol，故实际通入的O₂为1.2（7-3x）mol，所需空气中氮气为4.8（7-3x）mol，
反应后得到的混合气体中：4molSO₂，N₂4.8（7-3x）mol，0.2（7-3x）molO₂
故SO₂的体积分数为：

4mol

4mol+4.8(7-3x)mol+0.2(7-3x)mol

=

4

39-15x

，
答：SO₂的体积分数为

4

39-15x

；
（4）由2Fe³⁺～S可知，n（Fe³⁺）=2n（S）=

2.4g

32g/mol

=0.15mol，
由铁原子守恒，Fe_1-xS中n（Fe）=n（FeCl₂）=0.425mol，故n（Fe²⁺）=0.425mol-0.15mol=0.275mol，
根据化合价代数和为0，Fe_1-xS中n（S）=

0.15mol×3+0.275mol×2

2

=0.5mol，
故1-x=

0.425mol

0.5mol

=0.85，故x=0.15，
答：Fe_1-xS中的x值为0.15．

点评：本题考查根据方程式的计算，题目计算量较大，过程复杂，为易错题目，注意利用关系式与原子守恒进行的解答，难度较大．