Question

11．硫有多种含氧酸，亚硫酸（H₂SO₃）、硫酸（H₂SO₄）、焦硫酸（H₂SO₄•SO₃）、硫代硫酸（H₂S₂O₃）等等，其中硫酸最为重要，在工业上有广泛的应用．在实验室，浓硫酸是常用的干燥剂．
完成下列计算：
（1）焦硫酸（H₂SO₄•SO₃）溶于水，其中的SO₃都转化为硫酸．若将445g焦硫酸溶于水配成4.00L硫酸，该硫酸的物质的量浓度为1.25mol/L．
（2）将1.95g锌加入到12.00mL 18.4mol/L的浓硫酸中（假设生成的气体中无氢气，浓硫酸产生单一的还原产物），充分反应后，小心地将溶液稀释到1000mL，取出15.00mL，
以酚酞为指示剂，用0.25mol/L的NaOH溶液滴定，耗用NaOH溶液的体积为21.70mL．通过计算确定浓硫酸被还原的产物是S．
（3）硫铁矿是工业上制硫酸的主要原料．硫铁矿氧化焙烧的化学反应如下：
3FeS₂+8O₂→Fe₃O₄+6SO₂              4FeS₂+11O₂→2Fe₂O₃+8SO₂
若48mol FeS₂完全反应耗用氧气2934.4L（标准状况），计算反应产物中Fe₃O₄与Fe₂O₃物质的量各为多少？
闪锌矿（主要成份为ZnS）是含锌主要矿物之一，高温加热闪锌矿生成ZnO和SO₂．ZnO用于冶炼金属锌，SO₂可制亚硫酸盐或硫酸．计算回答下列问题（计算保留2位小数）
（4）取1.56g闪锌矿样品，在空气中高温加热（杂质不反应），充分反应后，冷却，得到残留固体的质量为1.32g，样品中含硫化锌的质量分数是多少？生产10吨98%的浓硫酸需要这种矿石多少吨？（反应过程中硫损失2%）

Answer 1

分析 （1）根据公式c=$\frac{n}{V}$，来求硫酸的物质的量浓度；
（2）消耗的硫酸的物质的量是0.012L×18.4mol/L-0.18mol=0.0408mol．设硫酸的还原产物中，硫元素的化合价是n，金属锌的物质的量是：$\frac{1.95g}{65g/mol}$=0.03mol，生成硫酸锌的物质的量是0.03mol，所以0.03mol的硫酸显示酸性，根据电子守恒和化合价变化之间的关系来计算；
（3）设Fe₃O₄与Fe₂O₃物质的量分别为amol，bmol然后铁守恒和消耗氧气的量列方程组解；
（4）闪锌矿（主要成份为ZnS）在空气中高温加热闪锌矿生成ZnO和SO₂，根据固体质量差量法来计算即可，依据硫元素守恒结合反应过程中的定量关系计算得到，反应的关系式为：S～ZnS～SO₂～SO₃～H₂SO₄；

解答 解：（1）n（H₂SO₄）=2n（H₂SO₄•SO₃）=$\frac{445g}{178g/mol}$×2=5mol，所以该硫酸的物质的量浓度为c（H₂SO₄）=$\frac{5mol}{4.00L}$=1.25mol/L，故答案为：1.25mol/L；
（2）取1.95g锌加入到12.00mL18.4mol/L的浓硫酸中（反应中只生成一种还原产物），消耗的硫酸的物质的量是0.012L×18.4mol/L-0.18mol=0.0408mol．设硫酸的还原产物中，硫元素的化合价是n，金属锌的物质的量是：$\frac{1.95g}{65g/mol}$=0.03mol，生成硫酸锌的物质的量是0.03mol，所以0.03mol的硫酸显示酸性，根据电子守恒：$\frac{1.95g}{65g/mol}$×（2-0）=（0.0408mol-0.03mol）×（6-n），解得n=0，所以浓硫酸被还原的产物是硫单质，
故答案为：S；
（3）2934.4L氧气的物质的量为$\frac{2934.4L}{22.4L/mol}$=131mol，设Fe₃O₄与Fe₂O₃物质的量分别为amol，bmol，则3a+2b=48 8a+$\frac{11}{2}$b=131，解得：a=4 b=18，所以Fe₃O₄物质的量为4mol，Fe₂O₃物质的量为18mol，
答：反应产物中Fe₃O₄与Fe₂O₃物质的量为：Fe₃O₄4 mol，Fe₂O₃，18 mol；
（4）设ZnS的质量是x，则2ZnS+3O₂=2ZnO+2SO₂   减少的固体质量
                     194       161          32
                     x                    1.56-1.32
即$\frac{194}{x}$=$\frac{32}{1.56-1.32}$，解得x=1.455g，
所以ZnS的质量分数=$\frac{1.455}{1.56}$×100%≈93%，
根据S元素守恒，利用关系式发计算，反应的关系式为：S～ZnS～SO₂～SO₃～H₂SO₄，
设制得98%的硫酸10t，需要矿石xt
        S～ZnS～SO₂～SO₃～H₂SO₄
        32              98
   x×93%×$\frac{32}{97}$（1-2%）     10×98%
x=10.64t
答：样品中含硫化锌的质量分数是93%，生产10吨98%的浓硫酸需要这种矿石10.64吨；

点评 本题是一道关于元素以及化合物的计算题，多种解题思想：元素守恒、极限反应的灵活应用是解题的关键，难度大．