Question

黃鐵礦（主要成分為FeS₂）是生產(chǎn)硫酸的主要原料．高溫時，黃鐵礦在空氣中煅燒[設(shè)空氣中V（N₂）：V（O₂）=4：1且不含其他氣體]，可發(fā)生下列反應(yīng)：4FeS₂+11O₂→2Fe₂O₃+8SO₂．
根據(jù)題意完成下列計算：
（1）若把2.00g某黃鐵礦試樣在足量空氣中充分灼燒后（雜質(zhì)不反應(yīng)、不揮發(fā)），得到1.56g殘渣，則該黃鐵礦的純度為______．
（2）煅燒70t黃鐵礦（含硫35%，雜質(zhì)不含硫且不反應(yīng)）生產(chǎn)出72.8t硫酸銨．若黃鐵礦制取硫酸時的利用率為80%，則在制取硫酸銨時硫酸的利用率為______（答案保留兩位小數(shù)）．
（3）為使FeS₂煅燒完全生成Fe₂O₃，工業(yè)上使用過量空氣，當(dāng)空氣過量20%時，煅燒后的混合氣體平均相對分子質(zhì)量為______（答案保留兩位小數(shù)）．
（4）硫酸工業(yè)的尾氣可以使用氨水進(jìn)行吸收，既防止了有害物質(zhì)的排放，也同時生產(chǎn)副產(chǎn)品氮肥．已知吸收尾氣后的氨水全部轉(zhuǎn)化為銨鹽．取兩份相同體積的銨鹽溶液，一份中加入足量硫酸，產(chǎn)生0.09mol SO₂（假設(shè)氣體已全部逸出，下同）；另一份中加入足量Ba（OH）₂，產(chǎn)生0.16mol NH₃，同時得到21.86g沉淀．通過計算，求銨鹽溶液中各溶質(zhì)成分與物質(zhì)的量濃度之比．

Answer 1

解：（1）FeS₂在氧氣流中充分灼燒，完全反應(yīng)后生成Fe₂O₃，根據(jù)Fe元素守恒可得2FeS₂～Fe₂O₃，利用差量法計算，
設(shè)2.00g礦石樣品中FeS₂的質(zhì)量為m，則
2FeS₂～Fe₂O₃ △m
240g 160g 80g
m 0.44g
m==1.32g，
所以該黃鐵礦中FeS₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%=66%
故答案為：66%；
（2）根據(jù)S元素守恒，利用關(guān)系式發(fā)計算，反應(yīng)的關(guān)系式為：FeS₂～2SO₂～2SO₃～2H₂SO₄～（NH₄）₂SO₄
設(shè)制取硫酸銨時硫酸的利用率為x，
S～SO₂～SO₃～H₂SO₄～（NH₄）₂SO₄
32g 132g
70t×35%×80%×x 72.8t
=
x=90.04%
故答案為：90.04%；
（3）設(shè)FeS₂為1 mol，完全煅燒需要的n（O₂）=2.75 mol，n（SO₂）=2mol；過量20%所需空氣為：n（空氣）=2.75÷0.2×1.2=16.5 mol，則混合物氣體中氧氣為16.5mol×-2.75mol=0.55mol，氮氣的物質(zhì)的量為16.5mol×=13.2mol，SO₂為2mol，則混合氣體的摩爾質(zhì)量為
=32.71g/mol，所以煅燒后的混合氣體平均相對分子質(zhì)量為32.71，故答案為：32.71；
（4）設(shè)0.09molSO₂能產(chǎn)生沉淀的質(zhì)量為Xg
SO₂ ～BaSO₃
1mol 217g
0.09mol X
X=19.53g
所以沉淀中有硫酸鋇和亞硫酸鋇，硫酸鋇的質(zhì)量為21.86g-19.53g=2.33g，
硫酸根的物質(zhì)的量為=0.01mol，亞硫酸根的物質(zhì)的量=0.09mol，
所以（NH₄）₂SO₄的物質(zhì)的量為0.01mol，（NH₄）₂SO₄產(chǎn)生的NH₃是0.01mol×2=0.02mol；
共產(chǎn)生0.16molNH₃，其他成分產(chǎn)生氨氣0.16mol-0.02mol=0.14mol，亞硫酸根與銨根為9：14，所以成份還有：亞硫酸銨和亞硫酸氫銨；
設(shè)亞硫酸銨和亞硫酸氫銨的物質(zhì)的量分別為：X、Y，則
X+Y=0.09mol，
2X+Y=0.14mol，
解得：X=0.05mol，Y=0.04mol，
銨鹽溶液中各溶質(zhì)成分與物質(zhì)的量濃度之比：c[（NH₄）₂SO₃]：c（NH₄HSO₃）：c[（NH₄）₂SO₄]=5：4：1；
答：銨鹽溶液中各溶質(zhì)成分與物質(zhì)的量濃度之比：c[（NH₄）₂SO₃]：c（NH₄HSO₃）：c[（NH₄）₂SO₄]=5：4：1．
分析：（1）FeS₂在氧氣流中充分灼燒，完全反應(yīng)后生成Fe₂O₃，根據(jù)Fe元素守恒以及利用差量法計算FeS₂的質(zhì)量，進(jìn)而計算FeS₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（2）根據(jù)S元素守恒，利用關(guān)系式法計算；
（3）設(shè)FeS₂為1 mol，根據(jù)方程式求出消耗的氧氣和生成的SO₂，然后求出反應(yīng)后混合氣體的成分以及物質(zhì)的量和質(zhì)量，最后根據(jù)M=求出摩爾質(zhì)量，摩爾質(zhì)量在以g/mol為單位時數(shù)值上等于平均相對分子質(zhì)量；
（4）根據(jù)確定沉淀的成分，然后再根據(jù)SO₂和氨氣的關(guān)系確定其他成分，最后列式計算．
點評：本題考查化學(xué)方程式的計算，題目難度較大，注意運用差量法、關(guān)系式法和討論法計算．