14.黃鐵礦(主要成分為FeS2,雜質(zhì)不含硫元素)是我國(guó)大多數(shù)硫酸廠制取硫酸的主要原料.化學(xué)課外活動(dòng)小組為測(cè)定某黃鐵礦中FeS2含量進(jìn)行了如下的實(shí)驗(yàn)探究(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】(1)Ⅰ中裝置中甲瓶?jī)?nèi)盛放的試劑是氫氧化鈉溶液,其作用是吸收空氣中的二氧化碳.
【含量測(cè)定】(2)Ⅱ中最終得到的4.66g固體是BaSO4(填物質(zhì)的名稱或化學(xué)式).
(3)計(jì)算該黃鐵礦中FeS2的質(zhì)量分?jǐn)?shù).(請(qǐng)寫出計(jì)算過程)
【交流反思】(4)如果缺少甲裝置,則最終測(cè)得FeS2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將會(huì)偏大(填“偏大”“偏小”或“不變”).
(5)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.
【拓展應(yīng)用】工業(yè)上以黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸的工藝流程圖如下圖所示:

(6)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}}{△}$2SO3.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880gg.硫酸是一種重要的化工產(chǎn)品,用途十分廣泛,請(qǐng)寫出稀硫酸的一種用途除鐵銹.
(7)依據(jù)生產(chǎn)硫酸的工藝流程圖,下列說法正確的是ACD(填字母).
A.為使黃鐵礦充分燃燒,需將其粉碎B.催化劑能夠提高SO2的反應(yīng)速率和產(chǎn)量
C.SO2可做為生產(chǎn)硫酸的原料循環(huán)再利用D.沸騰爐排出的礦渣可供煉鐵.

分析 (1)根據(jù)空氣中的二氧化碳能與氫氧化鈉反應(yīng)影響二氧化硫的測(cè)定,據(jù)此分析甲裝置的作用;
(2)根據(jù)過氧化氫具有氧化性,能將亞硫酸鋇氧化成硫酸鋇進(jìn)行分析;
(3)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);
(4)根據(jù)二氧化碳能與氫氧化鈉反應(yīng),對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響.
(5)根據(jù)硫酸鈉能與氯化鋇反應(yīng)分析;
(6)根據(jù)接觸室中發(fā)生反應(yīng),寫出化學(xué)方程式,根據(jù)溶質(zhì)質(zhì)量不變和硫酸的應(yīng)用分析回答;
(7)根據(jù)生產(chǎn)硫酸的工藝流程分析判斷.

解答 解:(1)由于空氣中的二氧化碳能與氫氧化鈉反應(yīng)影響二氧化硫的測(cè)定,所以,Ⅰ中裝置中甲瓶?jī)?nèi)盛放的試劑是氫氧化鈉溶液,其作用是吸收空氣中的二氧化碳;
(2)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;
(3)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%;
(4)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(cè)得FeS2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將會(huì)偏大;
(5)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;
(6)由圖示可知,在接觸室內(nèi),二氧化硫和氧氣在加熱和催化劑的條件下生成了三氧化硫,反應(yīng)的方程式是:2SO2+O2$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO3;
設(shè)需要加水的質(zhì)量為x,
100g×98%=(100g+x)×10%  
x=880g,
由于稀硫酸能與金屬氧化物反應(yīng),常用于金屬除銹;
(7)A.為使黃鐵礦充分燃燒,需將其粉碎,能增大與氧氣的接觸面積,故A正確;
B.催化劑能夠提高SO2的反應(yīng)速率,不能提高產(chǎn)量,故B錯(cuò)誤;
C.由生產(chǎn)硫酸的工藝流程可知,SO2可做為生產(chǎn)硫酸的原料循環(huán)再利用,故C正確;
D.沸騰爐排出的礦渣中含有氧化鐵,可供煉鐵,故D正確.
故選:ACD.
故答案為:(1)吸收空氣中的二氧化碳;
(2)BaSO4;
(3)75%;
(4)偏大;
(5)取濾液少許于試管中,滴加氯化鋇溶液,若沒有白色沉淀,則氯化鋇過量;
(6)2SO2+O2$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO3,880;
(7)ACD.

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)成分和含量的測(cè)定,涉及儀器選用、誤差分析、質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算等知識(shí),具有較強(qiáng)的綜合性,解題時(shí)注意從質(zhì)量守恒的角度分析,本題難度中等.

練習(xí)冊(cè)系列答案
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