Question

8．硫酸是一種重要的化工產(chǎn)品，用途十分廣泛．化學(xué)興趣小組的同學(xué)圍繞著硫酸進(jìn)行了研究性學(xué)習(xí)活動．
活動一：了解硫酸的工業(yè)生產(chǎn)
【課外閱讀】黃鐵礦（主要成分為FeS₂，雜質(zhì)不含硫元素）是我國大多數(shù)硫酸廠制取硫酸的主要原料．工業(yè)上以黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸的部分工藝流程圖如下所示：

【問題討論】
（1）綠色化學(xué)又稱環(huán)境友好化學(xué)，其核心是利用化學(xué)原理來減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的影響．上述流程中體現(xiàn)綠色化學(xué)理念的是：將SO₂循環(huán)利用．
（2）接觸室中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2SO₂+O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{高溫}$2SO₃．
（3）化學(xué)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸，但在實(shí)驗(yàn)中常需要用到較稀的硫酸．要把100g上述濃硫酸稀釋成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的硫酸，需要水的質(zhì)量是880g．硫酸是一種重要的化工產(chǎn)品，用途十分廣泛，請寫出稀硫酸的一種用途除鐵銹、實(shí)驗(yàn)室制氫氣的原料等．
活動二：測定某黃鐵礦中FeS₂的含量（假設(shè)每步反應(yīng)均完全）．
【查閱資料】①4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂     ②Na₂SO₃+H₂O₂═Na₂SO₄+H₂O
【實(shí)驗(yàn)探究】
Ⅰ．稱取1.60g黃鐵礦樣品放入下圖所示裝置（夾持和加熱裝置省略）的石英管中，從a處不斷地緩緩?fù)ㄈ肟諝�，高溫灼燒石英管中的黃鐵礦樣品至反應(yīng)完全．

Ⅱ．反應(yīng)結(jié)束后，將乙瓶中的溶液進(jìn)行如下處理：

【問題討論】
（4）Ⅰ中裝置甲瓶內(nèi)盛放的試劑是氫氧化鈉溶液，其作用是除去進(jìn)入裝置的空氣中的二氧化碳．
（5）Ⅱ中向乙瓶溶液中加入H₂O₂溶液與過量BaCl₂溶液后，需要不斷振蕩錐形瓶，目的是：加快并充分反應(yīng)．
（6）Ⅱ中最終得到的4.66g固體是BaSO₄或硫酸鋇（填物質(zhì)的名稱或化學(xué)式）．
（7）該黃鐵礦中FeS₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是75%．
【交流反思】
（8）如缺少甲裝置，則最終測得FeS₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將會偏大（填“偏大”“偏小”或“不變”）．
（9）Ⅱ中證明所加BaCl₂溶液過量的方法是取濾液少許于試管中，滴加氯化鋇溶液，若沒有白色沉淀，則氯化鋇過量．取少量濾液于試管中，加入硫酸或者硫酸鈉，產(chǎn)生白色沉淀，則說明氯化鋇溶液加入過量．
【拓展思考】
（10）若將14.6克已經(jīng)部分被氧化的鋅粉與196克10%的稀硫酸恰好完全反應(yīng)，求反應(yīng)后所得溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)是15.3%．（精確至0.1%）（請寫出計(jì)算過程）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)對題中所述綠色化學(xué)的理解，判斷流程圖中所涉及的變化中體現(xiàn)出綠色化學(xué)理念的反應(yīng)；
（2）根據(jù)接觸室內(nèi)的反應(yīng)是二氧化硫的催化氧化；
（3）根據(jù)稀釋前后溶質(zhì)的質(zhì)量不變以及硫酸的用途來分析；
（4）根據(jù)氫氧化鈉的性質(zhì)來分析；
（5）根據(jù)振蕩的目的是為了增大反應(yīng)物之間的接觸面積；
（6）根據(jù)過氧化氫具有氧化性，能將亞硫酸鋇氧化成硫酸鋇；
（7）根據(jù)硫元素質(zhì)量守恒計(jì)算硫化亞鐵的質(zhì)量，再計(jì)算出硫化亞鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（8）根據(jù)二氧化碳能與氫氧化鈉反應(yīng)，對計(jì)算結(jié)果的影響；
（9）根據(jù)硫酸鈉能與氯化鋇反應(yīng)分析；
（10）根據(jù)化學(xué)方程式來分析計(jì)算．

解答 （1）根據(jù)綠色化學(xué)的核心是利用化學(xué)原理來減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的影響，而流程中二氧化硫的循環(huán)使用符合綠色化學(xué)的理念；
（2）沸騰爐中生成的二氧化硫氣體和空氣中的氧氣在接觸室內(nèi)發(fā)生的催化氧化反應(yīng)生成三氧化硫，化學(xué)方程式為：2SO₂+O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{高溫}$2SO₃；
（3）設(shè)需要加入的水的質(zhì)量為x，則
100g×98%=（100g+x）×10%
x=880g
稀硫酸用途比較廣泛，可用于金屬除銹、實(shí)驗(yàn)室中制取氫氣等；
（4）氫氧化鈉溶液可與空氣中的二氧化碳反應(yīng)將其除去；
（5）通過振蕩，增大了反應(yīng)物之間的接觸面積；
（6）由于過氧化氫具有強(qiáng)氧化性，能將亞硫酸鋇氧化成硫酸鋇，所以，Ⅱ中最終得到的4.66g固體是BaSO₄；
（7）由于在化學(xué)變化中硫元素質(zhì)量守恒，所以，硫元素的質(zhì)量：4.66g×$\frac{32}{233}$=0.64g，F(xiàn)eS₂的質(zhì)量：0.64g÷（$\frac{64}{120}$×100%）=1.2g，黃鐵礦中FeS₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{1.2g}{1.6g}$×100%=75%；
（8）如果缺少甲裝置，由于二氧化碳能與氫氧化鈉反應(yīng)，則最終測得FeS₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將會偏大；
（9）由于硫酸鈉能與氯化鋇反應(yīng)，所以Ⅱ中證明所加BaCl₂溶液過量的方法是：取濾液少許于試管中，滴加氯化鋇溶液，若沒有白色沉淀，則氯化鋇過量；
（10）解：設(shè)其中鋅的質(zhì)量為x，則氧化鋅的質(zhì)量為14.6g-x．鋅與稀硫酸反應(yīng)生成氫氣的質(zhì)量為y
Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，
65  98         2
x   $\frac{98x}{65}$        y

ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O，
81     98
14.6g-x $\frac{98（14.6g-x）}{81}$
$\frac{98x}{65}$+$\frac{98（14.6g-x）}{81}$=196g×10%
x=6.5g
因?yàn)?\frac{65}{z}$=$\frac{y}{x}$
y=0.2g
設(shè)反應(yīng)后生成硫酸鋅的總質(zhì)量為z，
根據(jù)元素守恒可知，H₂SO₄～ZnSO₄
                 98     161
             196g×10%   z
$\frac{98}{196g×10%}$=$\frac{161}{x}$
z=32.2g
反應(yīng)后所得溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{32.2g}{14.6g+196g-0.2g}$×100%≈15.3%．
答：反應(yīng)后所得溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.3%．
故答案為：（1）2SO₂+O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{高溫}$2SO₃；
（2）將SO₂循環(huán)利用；
（3）880g，除鐵銹、實(shí)驗(yàn)室制氫氣的原料等；
（4）除去進(jìn)入裝置的空氣中的二氧化碳；
（5）加快并充分反應(yīng)；
（6）硫酸鋇；
（7）75%；
（8）偏大；
（9）取濾液少許于試管中，滴加氯化鋇溶液，若沒有白色沉淀，則氯化鋇過量．取少量濾液于試管中，加入硫酸或者硫酸鈉，產(chǎn)生白色沉淀，則說明氯化鋇溶液加入過量；
（10）15.3%．

點(diǎn)評 正確處理題中所提供相關(guān)信息是解答本題的關(guān)鍵，通過對題目所提供信息的理解與運(yùn)用，才能完成本題的解答．