Question

12．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0.1000g樣品在空氣中充分灼燒，將生成的SO₂氣體與足量Fe₂（SO₄）₃溶液完全反應后，用濃度為0.02000mol/L的K₂Cr₂O₇標準溶液滴定至終點，消耗K₂Cr₂O₇溶液25.00mL．
已知：SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺
Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
（1）樣品中FeS₂的質量分數(shù)是（假設雜質不參加反應）90.00%．
（2）若灼燒6g FeS₂產生的SO₂全部轉化為SO₃氣體時放出9.83kJ熱量，產生的SO₃與水全部化合生成H₂SO₄，放出13.03kJ熱量，寫出SO₃氣體轉化為H₂SO₄的熱化學方程式：SO₃（g）+H₂O（1）═H₂SO₄（1）；△H═-130.3 kJ/mol．
（3）．煅燒10t上述黃鐵礦，理論上產生SO₂的體積（標準狀況）為3.36×10⁶ L，制得98%的硫酸質量為15 t，SO₂全部轉化為H₂SO₄時放出的熱量是3.43×10⁷ kJ．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)制備過程中的反應，結合元素守恒計算得到對應物質的定量關系，3FeS₂～6SO₂～12Fe²⁺～2Cr₂O₇^2-進行計算；
（2）依據(jù)硫鐵礦質量計算物質的量，依據(jù)硫元素守恒得到三氧化硫物質的量，計算對應化學方程式中三氧化硫的量放出的熱量，標注物質聚集狀態(tài)和對應反應熱寫出熱化學方程式；
（3）依據(jù)（1）的計算和化學方程式對應計算關系分別計算二氧化硫和硫酸質量，結合（2）的熱化學方程式計算二氧化硫全部轉化為硫酸放出的熱量．

解答 解：（1）取0.1000g樣品在空氣中充分灼燒，將生成的SO₂氣體與足量Fe₂（SO₄）₃溶液完全反應后，用濃度為0.02000mol/L的K₂Cr₂O₇標準溶液滴定至終點，消耗K₂Cr₂O₇溶液25.00mL．
依據(jù)反應過程得到定量關系為：3FeS₂～6SO₂～12Fe²⁺～2Cr₂O₇^2-，假設硫化亞鐵物質的量為x，則
3FeS₂～6SO₂～12Fe²⁺～2Cr₂O₇^2-，
3                                     2
x                          0.02000mol/l×0.02500L
x=0.00075mol；
所以樣品中FeS₂的質量分數(shù)=$\frac{0.00075mol×120g/mol}{0.1000g}$×100%=90%
故答案為：90.00%；
（2）灼燒6g FeS₂產生的SO₂全部轉化為SO₃氣體時放出9.83kJ熱量，依據(jù)硫元素守恒n（S）=2n（FeS₂）=$\frac{6g}{120g/mol}$×2=0.1mol，產生的0.1molSO₃與水全部化合生成H₂SO₄，放出13.03kJ熱量，1molSO₃與水全部化合生成H₂SO₄，放出130.3kJ，SO₃氣體轉化為H₂SO₄的熱化學方程式為：SO₃（g）+H₂O（1）═H₂SO₄（1）；△H═-130.3 kJ/mol；
故答案為：SO₃（g）+H₂O（1）═H₂SO₄（1）；△H═-130.3 kJ/mol；
（3）煅燒10t上述黃鐵礦，含有FeS₂的質量=10×10⁶×90%=9×10⁶g，物質的量=$\frac{9×1{0}^{6}g}{120g/mol}$=7.5×10⁴mol，
依據(jù)硫元素守恒，理論上產生SO₂的體積=7.5×10⁴mol×2×22.4L/mol=3.36×10⁶ L；
理論上得到硫酸物質的量為7.5×10⁴mol×2=1.5×10⁵mol，質量=1.5×10⁵mol×98g/mol=1.47×10⁷g
制得98%的硫酸質量=$\frac{1.47×1{0}^{7}g}{98%}$=1.5×10⁷g=15t；
依據(jù)（2）可知，0.1mol二氧化硫全部反應生成三氧化硫放熱9.83kJ熱量，產生的SO₃與水全部化合生成H₂SO₄，放出13.03kJ熱量，1.5×10⁵molSO₂全部轉化為H₂SO₄時放出的熱量=1.5×10⁵mol×98.3KJ/mol+1.5×10⁵mol×130.3KJ/mol=3.429×10⁷KJ；
故答案為：3.36×10⁶；15；3.43×10⁷．

點評 本題考查了有關方程式的計算、熱化學方程式的計算應用，元素守恒的計算應用是解題關鍵，題目難度中等，側重于考查學生的分析能力和計算能力．