Question

11．硫鐵礦又稱黃鐵礦，是生產(chǎn)硫酸的原料，其主要成分為FeS₂.850℃～900℃時，硫鐵礦在氧氣中煅燒，可能發(fā)生下列反應(yīng)（假設(shè)空氣中的N₂和O₂體積比為4：1）
①3FeS₂+8O₂→Fe₃O₄+6SO₂         ②4FeS₂+11O₂→2Fe₂O₃+8SO₂
（1）含硫35%的硫鐵礦樣品（雜質(zhì)不含硫），其FeS₂的含量為65.6%．
（2）某硫酸廠每天用含F(xiàn)eS₂60%的硫鐵礦500t生產(chǎn)硫酸，如果在沸騰爐內(nèi)損失5%的硫，SO₂的轉(zhuǎn)化率為90%．每天能生產(chǎn)98%的硫酸427.5t噸
（3）硫鐵礦煅燒過程中空氣用量不同時，發(fā)生反應(yīng)和生成爐氣中SO₂含量也不同，含F(xiàn)eS₂ 72%的硫鐵礦在空氣中煅燒并按反應(yīng)①完全反應(yīng)，列式計算爐氣中的SO₂的體積分?jǐn)?shù)最大為多少？
（4）為確保SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃的轉(zhuǎn)化率，某硫酸廠使用富氧空氣（空氣中加純氧）煅燒硫鐵礦，爐氣中SO₂和O₂的體積分?jǐn)?shù)分別達到11%和9%，F(xiàn)eS₂完全轉(zhuǎn)化為Fe₂O₃，列式計算富氧空氣中的氧氣體積分?jǐn)?shù)為多少？

Answer 1

分析 （1）FeS₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)×FeS₂中S元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)=硫鐵礦樣品中S元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（2）由硫元素守恒，可得關(guān)系式：2H₂SO₄～FeS₂，把每一步的利用率、損失率都轉(zhuǎn)化為FeS₂的利用率，再結(jié)合關(guān)系式計算；
（3）設(shè)FeS₂為1 mol，計算完全煅燒需要的n（O₂）、生成的n（SO₂），結(jié)合空氣中氧氣含量計算所需空氣物質(zhì)的量，計算爐氣的物質(zhì)的量，進而計算SO₂體積分?jǐn)?shù)；
（4）設(shè)爐氣為100mol，則SO₂為11mol、O₂為9mol，氮氣為100mol-11mol-9mol=80mol，根據(jù)4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂計算消耗氧氣物質(zhì)的量，進而是計算富氧空氣中的氧氣體積分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）硫鐵礦中硫元素含量=FeS₂的含量×FeS₂中S元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，則w（FeS₂）×$\frac{64}{120}$=35%，解得w（FeS₂）=65.6%，
故答案為：65.6%；
（2）設(shè)可得98%的濃硫酸的質(zhì)量為x，根據(jù)硫守恒得：
    2H₂SO₄～FeS₂
 2×98t       120t
  98%x    500t×60%×（1-5%）×90%
$\frac{2×98t}{98%x}=\frac{120t}{500t×60%×（1-5%）×90%}$
解之得：x=427.5t，
故答案為：427.5t；
（3）設(shè)FeS₂為1 mol，由3FeS₂+8O₂→Fe₃O₄+6SO₂ 可知，完全煅燒需要的n（O₂）=1mol×$\frac{8}{3}$，生成n（SO₂）=2 mol，需要空氣物質(zhì)的量n（空氣）=$\frac{8}{3}$mol÷0.2=$\frac{40}{3}$mol，反應(yīng)爐氣物質(zhì)的量為2mol+$\frac{40}{3}$mol×$\frac{4}{5}$=$\frac{38}{3}$mol，則爐氣中SO₂最大體積分?jǐn)?shù)：SO₂%=$\frac{2mol}{\frac{38}{3}mol}$×100%=15.8%，
答：所得爐氣中SO₂的體積分?jǐn)?shù)為15.8%；
（4）設(shè)爐氣為100mol，則SO₂為11mol、O₂為9mol，氮氣為100mol-11mol-9mol=80mol，根據(jù)4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂可知，消耗氧氣為11mol×$\frac{11}{8}$，故富氧空氣中的氧氣物質(zhì)的量為11mol×$\frac{11}{8}$+9mol=$\frac{193mol}{8}$，則富氧空氣中的氧氣的體積分?jǐn)?shù)為：$\frac{\frac{193}{8}mol}{\frac{193mol}{8}+80mol}$×100%=23.2%，
答：富氧空氣中的氧氣體積分?jǐn)?shù)為23.2%．

點評 本題考查化學(xué)方程式計算，側(cè)重考查學(xué)生的分析計算能力，題目計算量大、過程復(fù)雜，為易錯題目，注意賦值法的應(yīng)用，難度中等．