Question

8．鐵粉和硫粉在隔絕空氣條件下充分加熱可化合，所得產物硫化亞鐵還能與酸作用．
（1）將8.8g 硫化亞鐵固體置于200mL 2.0mol/L的鹽酸中，以制備H₂S氣體．反應完全后，溶液中H₂S的濃度為0.10mol/L（假定溶液體積不變）．試計算在標準狀況下，可收集到H₂S氣體的體積是多少L．
（2）將29g混合均勻的鐵粉和硫粉置于密閉容器中加熱，充分反應后冷卻至室溫，再跟足量稀鹽酸反應，產生氣體在標準狀況下為8.4L，則混合物中鐵和硫的物質的量之比為3：2．若使上述氣體充分燃燒，可消耗標準狀況下氧氣的體積為9.8L．
（3）將ag鐵粉和b g硫粉混合均勻，在隔絕空氣條件下充分加熱，然后往反應后的固體混合物中加入足量稀硫酸．若使產生的氣體充分燃燒，消耗標準狀況下空氣的體積為VL（空氣中O₂的體積分數為0.20）．請通過計算分析V的取值范圍．

Answer 1

分析 （1）發(fā)生反應：FeS+2HCl=FeCl₂+H₂S↑，進行過量計算，根據不足量的物質計算生成H₂S物質的量，減去溶液中溶解的硫化氫即為收集的硫化氫，進而計算收集硫化氫的體積；
（2）由FeS+2HCl=FeCl₂+H₂S↑、Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑，可知生成氣體的物質的量等于混合物中Fe的物質的量，再結合混合物質量計算S的物質的量；
根據方程式確定生成氣體組成及物質的量，氣體燃燒生成SO₂與H₂O，根據氧原子守恒計算消耗氧氣體積；
（3）混合物加熱時，發(fā)生反應：Fe+S$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeS，向反應后的固體混合物中加入稀硫酸，發(fā)生反應：FeS+H₂SO₄=FeSO₄+H₂S↑，若混合物中Fe有剩余，則還發(fā)生反應：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，由方程式可知得到氣體物質的量等于Fe的物質的量，生成的氣體燃燒時，發(fā)生反應：2H₂S+3O₂=2H₂O+2SO₂，2H₂+O₂=2H₂O，由方程式可知，氣體只有H₂S時，消耗氧氣最多，氣體只有H₂時，消耗氧氣達極小值．

解答 解：（1）8.8g FeS的物質的量為$\frac{8.8g}{88g/mol}$=0.1mol，HCl物質的量為0.2L×2mol/L=0.4mol，由FeS+2HCl=FeCl₂+H₂S↑，可知FeS不足，故生成硫化氫共0.1mol，溶液中溶解硫化氫為0.2L×0.1mol/L=0.02mol，故收集硫化氫的體積為（0.1-0.02）mol×22.4L/mol=1.792L，
答：收集硫化氫的體積為1.792L．
（2）由FeS+2HCl=FeCl₂+H₂S↑、Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑，可知生成氣體的物質的量等于混合物中Fe的物質的量，則n（Fe）=n（氣體）=$\frac{8.4L}{22.4L/mol}$=0.375mol，則S的物質的量為（29g-0.375mol×56g/mol÷32g/mol=0.25mol，則Fe、S物質的量之比為0.375mol：0.25mol=3：2；
混合物加熱時，發(fā)生反應：Fe+S$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeS，可知Fe過量，故生成的氣體為H₂S、H₂，其中H₂S為0.25mol，氫氣為0.375mol-0.25mol=0.125mol，氣體燃燒生成SO₂與H₂O，根據氧原子守恒，2n（O₂）=2n（SO₂）+n（H₂O）=2×0.25mol+（0.25+0.125）mol=0.875mol，則n（O₂）=0.4375mol，故消耗氧氣體積為0.4375mol×22.4L/mol=9.8L，
故答案為：3：2；9.8；
（3）混合物加熱時，發(fā)生反應：Fe+S$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeS，向反應后的固體混合物中加入稀硫酸，發(fā)生反應：FeS+H₂SO₄=FeSO₄+H₂S↑，若混合物中Fe有剩余，則還發(fā)生反應：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，由方程式可知得到氣體物質的量等于Fe的物質的量，即生成氣體$\frac{ag}{56g/mol}$=$\frac{a}{56}$mol，標況下氣體體積為$\frac{a}{56}$mol×22.4L/mol=0.4aL．
生成的氣體燃燒時，發(fā)生反應：2H₂S+3O₂=2H₂O+2SO₂，2H₂+O₂=2H₂O，由方程式可知，氣體只有H₂S時，消耗氧氣最多，消耗氧氣體積最大為0.4a L×$\frac{3}{2}$=0.6a L，則消耗空氣體積最大為0.6a L÷0.2=1.2a L；
氣體只有H₂時，消耗氧氣達極小值，可知氧氣極小值為0.4a L×$\frac{1}{2}$=0.2a L，則消耗空氣體積極小值為0.2a L÷0.2=a L，
故V的取值范圍為：a＜V≤1.2a，
答：V的取值范圍為a＜V≤1.2a．

點評 本題考查混合物計算、化學方程式計算，關鍵是明確發(fā)生的反應，側重考查學生的分析計算能力，（3）中利用極端法進行分析解答，使問題化難為易，化繁為簡，難度中等．