Question

黃鐵礦主要成分是FeS₂。某硫酸廠在進行黃鐵礦成分測定時，取2.000g樣品在空氣中充分灼燒（假設雜質(zhì)不參加反應），將生成的SO₂氣體與足量Fe₂(SO₄)₃溶液完全反應后，用濃度為0.3360mol·L^－1的KMnO₄標準溶液滴定至終點，消耗KMnO₄溶液25.00mL。
已知：①4FeS₂＋11O₂2Fe₂O₃＋8SO₂
②SO₂＋2Fe^3＋＋2H₂O→SO₄^2－＋2Fe^2＋＋4H^＋
③MnO₄^－＋5Fe^2＋＋8H^＋→Mn^2＋＋5Fe^3＋＋4H₂O
（1）樣品中FeS₂的質(zhì)量分數(shù)是           。(用小數(shù)表示，保留三位，下同)
（2）煅燒1000 t該黃鐵礦生產(chǎn)出997.9 t硫酸銨，若黃鐵礦制取硫酸時的利用率為0.800，則在制取硫酸銨時硫酸的利用率為           。
（3）為使黃鐵礦充分燃燒，工業(yè)上使用過量空氣（設空氣中O₂的體積分數(shù)為0.200），當空氣過量20%時，煅燒后氣體中SO₂的體積分數(shù)是多少？
（4）若接觸室導出的氣體中含體積分數(shù)為0.0672的SO₃。把出口氣體送進吸收塔，用質(zhì)量分數(shù)為0.980的硫酸吸收，可得到“發(fā)煙H₂SO₄”（H₂SO₄和SO₃的混合物，其中含質(zhì)量分數(shù)為0.200的SO₃）。計算吸收10⁶ m³出口氣體（已折算為標準狀況）所需要質(zhì)量分數(shù)為0.980的硫酸的質(zhì)量。

Answer 1

（1）0.630       （2）0.900       （3）0.127         （4）664.6 t  

試題分析：
（1）由方程式得關系式為5FeS₂～10SO₂～20Fe^2＋～4MnO₄^－.n(KMnO₄)= 0.3360mol/L×0.025L=0.0084mol，所以n(FeS₂)= (5÷4)×0.0084mol=0.0105mol。m(FeS₂)= 0.0105mol×120g/mol=1.26g.樣品中FeS₂的質(zhì)量分數(shù)是1.26g÷2.000g=0.630.
（2）1000 t該黃鐵礦含純凈物的物質(zhì)的量為（1000 t×0.630×10⁶g/t）÷120g/mol×2=5.25×10⁶mol.假設在制取硫酸銨時硫酸的利用率為X,則根據(jù)S元素守恒可得：5.25×10⁶mol×0.800×X×2="(997.9" t×10⁶g/t)÷132g/mol。解得X=0.900。
（3）假設有4mol的FeS₂發(fā)生反應，根據(jù)方程式4FeS₂＋11O₂2Fe₂O₃＋8SO₂可知產(chǎn)生了8mol 的SO₂需要消耗11mol O₂,因為空氣中O₂的體積分數(shù)為0.200，所以需要空氣的物質(zhì)的量為11mol÷0.200="55mol," 若空氣過量20%，則實際通入的空氣的物質(zhì)的量為55mol×120%=66mol.由方程式可知若有11mol O₂參加反應，由反應前到反應后氣體的物質(zhì)的量減少3mol.所以反應后氣體的總物質(zhì)的量為66-3=63mol.對于氣體來說，氣體的體積比就是它們的物質(zhì)的量的比。所以煅燒后氣體中SO₂的體積分數(shù)是8mol÷63mol=0.127.
（4）假設需要質(zhì)量分數(shù)為0.980的硫酸的質(zhì)量為X，其中硫酸的物質(zhì)的量為0.980X÷98=0.010X，水的物質(zhì)的量為0.020X÷18=0.0011X。則通入SO₃氣體發(fā)生反應：H₂O+SO₃=H₂SO₄產(chǎn)生的硫酸消耗的SO₃的物質(zhì)的量為0.0011X。10⁶ m³出口氣體SO₃的物質(zhì)的量為：n(SO₃)="(" 0.0672×10⁶ m³×10³L/m³) ÷22.4 L/mol= 3×10⁶ mol.，那么得到的得到“發(fā)煙H₂SO₄”中含有SO₃的物質(zhì)的量為(3×10⁶-0.0011x)mol. 由于得到“發(fā)煙H₂SO₄”中含質(zhì)量分數(shù)為0.200的SO₃。所以(3×10⁶-0.0011x)mol×80g/mol÷(x+3×10⁶mol×80g/mol)=0.2.解得x=664.6×10⁶g=664.6 t。