Question

工業(yè)上生產硫酸的原料，一種是黃鐵礦，其主要成分為FeS₂（S為-1價）；另一種是磁黃鐵礦，其主要成分是Fe_1-xS（S為-2價），式中x通常為0.1~0.2，既含有Fe^2＋又含有Fe^3＋。
生產硫酸時將礦石煅燒，發(fā)生反應如下：
①  4 FeS₂ + 11 O₂→ 2 Fe₂O₃ + 8 SO₂  
②  4 Fe_1-xS + (7-3x) O₂→ 2 (1-x) Fe₂O₃ + 4 SO₂
含FeS₂72%的黃鐵礦10噸，理論上最多可以生產98%的濃硫酸           噸（礦石中無其他含硫物質）。
若磁黃鐵礦Fe_1-xS中x=0.1，則Fe_1-xS中Fe^2＋與Fe^3＋的物質的量之比為     ：1。
煅燒礦石時，為了盡可能地將礦石中的硫轉變?yōu)镾O₂，需通入過量20%的空氣（其中N₂與O₂的體積比為4：1，假設無其他氣體成分），計算磁黃鐵礦充分煅燒后排出的氣體中SO₂的體積分數（用含x的代數式表示）。

Answer 1

12   （2分）   3.5       （3分）      （3分）

試題分析：（1）FeS₂中S元素的含量是
所以根據S原子守恒可知，最多可以生產98%的濃硫酸等質量為

（2）設Fe_1-xS中Fe^2＋與Fe^3＋的物質的量分別是a和b
則根據原子守恒和電荷守恒可知a＋b＝0.9、2a＋3b＝2
解得a＝0.7mol，b＝0.2mol
所以Fe_1-xS中Fe^2＋與Fe^3＋的物質的量之比為3.5︰1。
（3）設生成4mol SO₂，則需要1.2 (7-3x)mol的O₂，所需空氣中的N₂為4.8 (7-3x)mol；
反應后得到的混合氣體組成為：SO₂ 4mol、O₂ 0.2 (7-3x)mol、N₂ 4.8 (7-3x)mol；
所以 SO₂的體積分數
點評：該題以黃鐵礦和磁黃鐵礦生產濃硫酸為載體，重點考查學生對化學計算的熟悉掌握情況，旨在考查學生靈活運用基礎知識解決實際問題的能力，有利于培養(yǎng)學生的邏輯推理能力和規(guī)范的答題能力。該題的關鍵是在掌握反應原理的基礎上利用好守恒法。