Question

（2012?閔行區(qū)二模）硫鐵礦石（主要成分FeS₂）用于工業(yè)制硫酸，其排出的礦渣在一定條件下以磁性氧化鐵為主．經(jīng)磁選獲得精礦，可直接用于高爐煉鐵．已知某精礦的主要成分是磁性氧化鐵（ Fe₃O₄）和Fe₂O₃及雜質(zhì)（雜質(zhì)不含鐵、硫、氧元素，且雜質(zhì)不耗氧）．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）某硫鐵礦石中（雜質(zhì)不含鐵、硫）含硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是0.360，則該硫鐵礦石中含鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是

0.315

（答案用小數(shù)表示，保留3位小數(shù)）．
（2）如用上述硫鐵礦石制硫酸，礦渣經(jīng)磁選獲得精礦，直接用于高爐煉鐵，當(dāng)制得98.0%的硫酸1.92噸時(shí)（不考慮硫的損失），則煉鐵廠（不計(jì)選礦及煉鐵時(shí)鐵的損耗）最多可生產(chǎn)含碳4.00%的生鐵

0.560

噸（答案保留3位小數(shù)）．
（3）煅燒硫鐵礦常用富氧空氣．從沸騰爐排出的氣體成分如下表．如果精礦中鐵、氧的物質(zhì)的量之比為n （Fe）：n（O）=5：7，則富氧空氣中O₂和N₂的體積比（最簡(jiǎn)單的整數(shù)比）為

39：116

．

氣體	SO2	N2	O2
物質(zhì)的量	10	58	6

（4）煉鐵廠生產(chǎn)的生鐵常用于煉鋼．取某鋼樣粉末28.12g（假設(shè)只含F(xiàn)e和C），在氧氣流中充分反應(yīng)，得到CO₂氣體224mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）．
A計(jì)算此鋼樣粉末中鐵和碳的物質(zhì)的量之比為

50：1

（最簡(jiǎn)單的整數(shù)比）．
B再取三份不同質(zhì)量的上述鋼樣粉末分別加到100mL相同濃度的稀H₂SO₄中，充分反應(yīng)后，測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示：

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
加入鋼樣粉末的質(zhì)量（g）	2.812	5.624	8.436
生成氣體的體積（L）（標(biāo)準(zhǔn)狀況）	1.120	2.240	2.800

則該硫酸溶液的物質(zhì)的量濃度為

1.25 mol/L

．
C若在上述實(shí)驗(yàn)II中繼續(xù)加入m g鋼樣粉末，計(jì)算反應(yīng)結(jié)束后剩余的固體質(zhì)量為多少？（寫(xiě)出必要的步驟，答案保留3位小數(shù)）．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)硫鐵礦石（主要成分FeS₂）中鐵元素和硫元素質(zhì)量之比計(jì)算；
（2）依據(jù)硫元素守恒得到礦石中鐵元素的質(zhì)量，結(jié)合生鐵中鐵元素含量為1-4%計(jì)算得到；
（3）依據(jù)反應(yīng)和圖表數(shù)據(jù)計(jì)算消耗氧氣的量，依據(jù)氣體體積之比等于物質(zhì)的量之比計(jì)算得到；
（4））A根據(jù)n=

V

Vm

計(jì)算二氧化碳的物質(zhì)的量，利用碳元素守恒計(jì)算n（C），再根據(jù)m=nM計(jì)算碳的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算Fe的質(zhì)量，再根據(jù)n=

m

M

計(jì)算Fe的物質(zhì)的量，據(jù)此解答；
②硫酸的體積一定，由表中數(shù)據(jù)可知，樣品質(zhì)量增大，生成氣體的體積都增大，故第Ⅰ、Ⅱ組樣品完全反應(yīng)，酸有剩余，8.436g樣品完全反應(yīng)可以生成氣體

8.436g

2.812g

×1.12L=3.36L＞2.8Lg，故第Ⅲ組硫酸不足，樣品完全反應(yīng)．根據(jù)第Ⅲ組氫氣的體積計(jì)算硫酸的物質(zhì)的量，再根據(jù)c=

n

V

計(jì)算硫酸的濃度；
③根據(jù)鐵是否完全溶解推論計(jì)算，剩余固體為碳與剩余鐵的質(zhì)量．

解答：解：（1）硫鐵礦石（主要成分FeS₂）中鐵元素和硫元素質(zhì)量之比=56：64，質(zhì)量之比等于質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比得到，鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

0.360×56

64

=0.315，故答案為：0.315；
（2）如用上述硫鐵礦石制硫酸，礦渣經(jīng)磁選獲得精礦，直接用于高爐煉鐵，當(dāng)制得98.0%的硫酸1.92噸時(shí)（不考慮硫的損失），依據(jù)工業(yè)生產(chǎn)流程和元素守恒得到：設(shè)鐵元素質(zhì)量為X
Fe～FeS₂～2H₂SO₄
56          2×98
X           98.0%×1.92t
X=0.5376t
生產(chǎn)含碳4.00%的生鐵中鐵元素含量為96.00%
生鐵的質(zhì)量=

0.5376t

1-4.00%

=0.560t，
故答案為：0.560；
（3）假設(shè)生成5molFe的氧化物，同時(shí)生成10molSO₂，消耗O₂的物質(zhì)的量為

7

2

+10=

27

2

mol 于是原有O₂：

27

2

+6=

39

2

mol，原有N₂：58mol，
則所求富氧空氣中O₂和N₂的體積比=

39

2

：58=39：116，
故答案為：39：116；
（4））A、二氧化碳的物質(zhì)的量為

0.224L

22.4L/mol

=0.01mol，根據(jù)碳元素守恒n（C）=0.01mol，故m（C）=0.01mol×12g/mol=0.12g，故Fe的質(zhì)量為28.12g-0.12g=28g，F(xiàn)e的物質(zhì)的量為

28g

56g/mol

=0.5mol，故此鋼樣粉末中鐵和碳的物質(zhì)的量之比為0.5mol：0.01mol=50：1，
故答案為：50：1；
B、硫酸的體積一定，由表中數(shù)據(jù)可知，樣品質(zhì)量增大，生成氣體的體積都增大，故第Ⅰ、Ⅱ組樣品完全反應(yīng)，酸有剩余，8.436g樣品完全反應(yīng)可以生成氣體

8.436g

2.812g

×1.12L=3.36L＞2.8Lg，故第Ⅲ組硫酸不足，樣品完全反應(yīng)．氫氣的物質(zhì)的量為

2.8L

22.4L/mol

=0.125mol，由氫原子守恒可知硫酸的物質(zhì)的量為0.125mol，故硫酸的濃度為

0.125mol

0.1L

=1.25mol/L，
故答案為：1.25mol/L；
C、令Ⅱ組中生成氫氣為

2.24L

22.4L/mol

=0.1mol，根據(jù)電子注意守恒可知n（Fe）=0.1mol，則n（C）=

0.1mol

50

=0.002mol，
a．當(dāng)鋼樣粉末中的鐵全部溶解時(shí)，樣品中Fe的總物質(zhì)的量小于或等于0.125mol，故加入的Fe的物質(zhì)的量小于或等于0.125mol-0.1mol=0.025mol，則m≤

0.025mol

0.1mol

×5.624=1.406g，此時(shí)屬于固體碳的質(zhì)量為（m+5.624）×

0.12

28.12

g；
b．當(dāng)鋼樣粉末中的鐵未全部溶解時(shí)，即m＞1.406g，反應(yīng)結(jié)束后剩余固體的質(zhì)量為m+5.624-0.125×56=（m-1.376）g，
故答案為：0＜m≤1.406g時(shí)，（m+5.624）×

0.12

28.12

g；m＞1.406g時(shí)，（m-1.376）g．

點(diǎn)評(píng)：本題考查混合物的有關(guān)計(jì)算，為拼合型題目，題量大，計(jì)算量大，過(guò)程復(fù)雜，為易錯(cuò)題目，對(duì)學(xué)生的心理素質(zhì)有很高要求，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，注意（4）中需要討論計(jì)算．