Question

硫及其化合物在生產(chǎn)和生活中有廣泛的應(yīng)用，接觸法制硫酸可以用黃鐵礦或硫為原料．完成下列計算：
（1）某化工廠以黃鐵礦為原料，用接觸法制硫酸．黃鐵礦煅燒時FeS₂的利用率為90%，SO₂的轉(zhuǎn)化率為95%，SO₃吸收為H₂SO₄時的損耗率為2%．現(xiàn)有含70% FeS₂的黃鐵礦1 噸，可生產(chǎn)98%的硫酸

 

噸．
（2）某化工廠以硫為原料，為使硫充分燃燒，且在下一步催化氧化時不再補(bǔ)充空氣，要求燃燒后混合氣體中含氧氣的體積分?jǐn)?shù)為11%．若空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為21%，且不考慮各生產(chǎn)階段的物料損失．問該廠生產(chǎn)100噸 98%的硫酸需要消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣

 

m³．
（3）直接排放含SO₂的煙氣會形成酸雨，危害環(huán)境．利用鈉堿循環(huán)法可脫除煙氣中的SO₂．在鈉堿循環(huán)法中，若用500mL 0.20mol/LNaOH溶液吸收SO₂制得pH=8.2吸收液，吸收液吸收SO₂的過程中，pH隨n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）變化關(guān)系如下表：

n（SO32-）：n（HSO3-）	91：9	1：1	9：91
pH	8.2	7.2	6.2

忽略溶液體積變化，不考慮其他形態(tài)的含硫化合物，試求（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
①pH=8.2時溶液中Na₂SO₃ 的物質(zhì)的量濃度？
②該吸收液pH從8.2變化到6.2過程中吸收的SO₂在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積約為多少毫升？
（4）現(xiàn)有只含一種含氧酸根的純凈的固體復(fù)鹽試樣，經(jīng)測定，該固體中含有一種金屬元素和四種非金屬元素．為進(jìn)一步確定該固體成分，現(xiàn)將9.64g該固體試樣分成兩等份后溶于水，一份滴加足量KOH溶液并微熱，立即產(chǎn)生紅褐色沉淀和能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)的氣體，沉淀經(jīng)過濾、洗滌、灼燒，質(zhì)量為0.800g；另一份滴加足量的鹽酸酸化的BaCl₂溶液，產(chǎn)生的白色沉淀經(jīng)過濾、洗滌、灼燒，質(zhì)量為4.66g．通過計算推斷該鹽的化學(xué)式．

Answer 1

考點：化學(xué)方程式的有關(guān)計算,物質(zhì)的量濃度的相關(guān)計算,復(fù)雜化學(xué)式的確定

專題：計算題

分析：（1）根據(jù)S元素守恒，可得關(guān)系式為：FeS₂～2SO₂～2SO₃～2H₂SO₄，把每一步的利用率、轉(zhuǎn)化率、損失率都以FeS₂計算，設(shè)制得98%的硫酸xt，結(jié)合關(guān)系式計算；
（2）燃燒發(fā)生反應(yīng)S+O₂

點燃  .

SO₂，硫燃燒后體積不變，設(shè)消耗空氣為bmol，則空氣中氧氣為0.21bmol，硫燃燒后的氣體中氧氣為0.11bmol，故硫燃燒消耗的氧氣為0.21bmol-0.11bmol=0.1bmol，根據(jù)S原子守恒可知n（H₂SO₄）=n（SO₂），結(jié)合方程式可知硫燃燒消耗的氧氣等于二氧化硫的物質(zhì)的量，再根據(jù)V=nV_m計算空氣的體積；
（3）①根據(jù)鈉離子守恒n（NaOH）=2n（Na₂SO₃ ）+n（NaHSO₃），據(jù)此計算n（Na₂SO₃ ），再根據(jù)c=

n

V

計算；
②根據(jù)①中分析計算pH=6.2時溶液中n（Na₂SO₃ ）、n（NaHSO₃），再根據(jù)S原子守恒計算稀釋的二氧化硫的物質(zhì)的量，根據(jù)V=nV_m計算二氧化硫的體積；
（4）一份滴加足量KOH溶液并微熱，立即產(chǎn)生紅褐色沉淀和能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)的氣體，沉淀為Fe（OH）₃、氣體為NH₃，說明鹽中含有Fe³⁺、NH₄⁺，沉淀經(jīng)過濾、洗滌、灼燒，得到0.800g為Fe₂O₃的質(zhì)量，根據(jù)Fe元素守恒n（Fe³⁺）=2n（Fe₂O₃）；
另一份滴加足量的鹽酸酸化的BaCl₂溶液，產(chǎn)生的白色沉淀4.66g為BaSO₄，說明鹽中含有SO₄^2-，根據(jù)硫酸根守恒n（SO₄^2-）=n（BaSO₄）；
根據(jù)電荷守恒可知，n（NH₄⁺）=2n（SO₄^2-）-3n（Fe³⁺）；
再根據(jù)m=nM計算m（NH₄⁺）、m（Fe³⁺）、m（SO₄^2-），根據(jù)三者質(zhì)量之和與每份復(fù)鹽的質(zhì)量判斷是否含有結(jié)晶水，若含有結(jié)晶水，再計算結(jié)晶水的質(zhì)量，進(jìn)而計算結(jié)晶水的物質(zhì)的量，計算n（NH₄⁺）：n（Fe³⁺）：n（SO₄^2-）：n（H₂O）確定化學(xué)式．

解答： 解：（1）設(shè)制得98%的硫酸xt，
       FeS₂～～2SO₂～～2SO₃～～2H₂SO₄
       120                    196
1t×70%×90%×95%×（1-2%）     x×98%
x=

1t×70%×90%×95%×(1-2%)×196

120×98%

=0.978t，
故答案為：0.978；
（2）燃燒發(fā)生反應(yīng)S+O₂

點燃  .

SO₂，硫燃燒后體積不變，設(shè)消耗空氣為bmol，則空氣中氧氣為0.21bmol，硫燃燒后的氣體中氧氣為0.11bmol，故硫燃燒消耗的氧氣為0.21bmol-0.11bmol=0.1bmol，每天生成H₂SO₄的物質(zhì)的量=

100×106g×98%

98g/mol

=1×10⁶mol，根據(jù)S原子守恒可知n（H₂SO₄）=n（SO₂）=1×10⁶mol，由方程式可知：1×10⁶mol=0.1bmol，故b=1×10⁷，故需要空氣的體積=1×10⁷mol×0.0224m³/L=2.24×10⁵ m³，
故答案為：2.24×10⁵；
（3）①n（NaOH）=0.5L×0.20mol/L=0.1mol，pH=8.2時溶液中n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）=91：9，令n（SO₃^2-）=91a mol、n（HSO₃^-）=9a mol，根據(jù)鈉離子守恒，則：91a mol×2+9a mol=0.1 mol，解得a=

0.1

191

，故Na₂SO₃ 的物質(zhì)的量濃度=

0.1mol 191 ×91

0.5L

=0.0953mol/L，
答：pH=8.2時溶液中Na₂SO₃ 的物質(zhì)的量濃度為0.0953mol/L．
②pH=6.2時溶液中n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）=9：91，令n（SO₃^2-）=9b mol、n（HSO₃^-）=91b mol，根據(jù)鈉離子守恒，則：9b mol×2+91b mol=0.1 mol，解得b=

0.1

109

，
根據(jù)S原子守恒可知，吸收的SO₂為：100b-100a=100×（

0.1mol

109

-

0.1mol

191

），故標(biāo)況下吸收SO₂的體積為：100×（

0.1mol

109

-

0.1mol

191

）×22400mL/mol=883mL，
答：吸收的SO₂在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積約為883mL．
（4）一份滴加足量KOH溶液并微熱，立即產(chǎn)生紅褐色沉淀和能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)的氣體，沉淀為Fe（OH）₃、氣體為NH₃，說明鹽中含有Fe³⁺、NH₄⁺，沉淀經(jīng)過濾、洗滌、灼燒，得到0.800g為Fe₂O₃的質(zhì)量，根據(jù)Fe元素守恒n（Fe³⁺）=2n（Fe₂O₃）=

0.8g

160g/mol

=0.01mol；
另一份滴加足量的鹽酸酸化的BaCl₂溶液，產(chǎn)生的白色沉淀4.66g為BaSO₄，說明鹽中含有SO₄^2-，根據(jù)硫酸根守恒n（SO₄^2-）=n（BaSO₄）=

4.66g

233g/mol

=0.02mol，
根據(jù)電荷守恒可知，n（NH₄⁺）=2n（SO₄^2-）-3n（Fe³⁺）=2×0.02mol-3×0.01mol=0.01mol，
故m（NH₄⁺）+m（Fe³⁺）+m（SO₄^2-）=0.01mol×18g/mol+0.01mol×56g/mol+0.02mol×96g/mol=2.66g，每份鹽的質(zhì)量=

9.64g

2

=4.82g＞2.66g，該固體中含有一種金屬元素和四種非金屬元素，故還含有結(jié)晶水，則結(jié)晶水的質(zhì)量=4.82g-2.66g=2.16g，其物質(zhì)的量=

2.16g

18g/mol

=0.12mol，
故該復(fù)鹽中n（NH₄⁺）：n（Fe³⁺）：n（SO₄^2-）：n（H₂O）=0.01：0.01：0.02：0.12=1：1：2：12，
故該復(fù)鹽的化學(xué)式為：NH₄Fe（SO₄）₂?12H₂O，
答：該復(fù)鹽的化學(xué)式為NH₄Fe（SO₄）₂?12H₂O．

點評：本題考查多步反應(yīng)計算、化學(xué)方程式計算、混合物計算、無機(jī)物推斷等，屬于拼合型題目，是對學(xué)生綜合能力的考查，難度較大．