Question

14．硫铁矿高温下被空气氧化产生二氧化硫：4FeS₂+11O₂→8SO₂+2Fe₂O₃．设空气中N₂、O₂的含量分别为0.800和0.200（体积分数，以下气体含量均用体积分数表示），试完成下列各题：
（1）1.00molFeS₂完全氧化，需要空气的体积（标准状况）为308L．
（2）55L空气和足量FeS₂完全反应后，气体体积（同温同压）变为52L．
（3）用空气氧化FeS₂产生的气体混合物中，O₂的含量为0.0800，计算SO₂的含量．
（4）设FeS₂氧化产生的气体混合物为100L，其中O₂为a L，SO₂为b L．
①写出a和b的关系式13b=200-10a．
②在如图中画出a和b的关系曲线（FeS₂氧化时，空气过量20%） 说明：为方便作图，纵坐标用13b表示．

Answer 1

分析 （1）根据方程式计算需要氧气的物质的量，再根据V=nVm氧气的体积，根据空气中氧气的体积分数计算需要空气的体积；
（2）计算空气中氧气的体积，利用差量法计算反应后气体体积变化，据此解答；
（3）令反应后气体总体积为1L，二氧化硫的体积分数为y，根据氮气的体积不变列方程计算解答；
（4）①根据二氧化硫的体积计算参加反应氧气体积，表示出氮气的体积，利用氮气体积不变列关系式解答；
②当生成的混合气体中不含SO₂，即13b=0时，此时100 L全部为空气，显然a=20 L，20 L为a取值的上限，但a的下限并不是为0，空气过量20%，设参加反应的空气为100 L，则过量的空气为20 L．生成的SO₂为100 L×0.200×$\frac{11}{8}$=14.55 L，生成气体中氮气的体积不变，为120×0.800=96 L，过量的O₂的体积为20×0.200=4 L．则a=100 L×$\frac{4}{4+96+14.55}$=3.5 L，此时b为最大值，曲线的起点为（3.5，165），曲线的终点为（20，0），该曲线为直线．

解答 解：（1）根据方程式4FeS₂+11O₂=8SO₂+2Fe₂O₃可知，1.00molFeS₂完全氧化需要氧气物质的量=$\frac{11}{4}$mol，
故需要空气的体积=$\frac{\frac{11}{4}mol×22.4L/mol}{0.2}$=308L，
故答案为：308；
（2）55L空气中氧气的体积=55L×0.2=11L，则：
4FeS₂+11O₂=8SO₂+2Fe₂O₃ 气体体积减少△V
      11                      11-8=3
      11L                       3L
故反应后气体的体积为55L-3L=52L，
故答案为：52；
（3）令反应后气体总体积为1L，二氧化硫的体积分数为y，则SO₂的体积为yLy，剩余O₂的体积为0.0800 L．由化学方程式可求出参加反应的O₂的体积为$\frac{11}{8}$y，则反应前O₂的总体积为0.0800 L+$\frac{11}{8}$y，空气中氮气的体积为氧气体积的4倍，氮气体积为4×（0.0800 L+$\frac{11}{8}$y），则：
4×（y×$\frac{11}{8}$+0.0800）=1-0.0800-y
解得：y=0.0923
答：二氧化硫的体积分数为0.0923；
（4）①4FeS₂+11O₂=8SO₂+2Fe₂O₃
              11    8           
              $\frac{11}{8}$bL  bL  
反应前后氮气的体积不变，则：（aL+$\frac{11}{8}$bL）×4=100L-aL-bL，整理可得：13b=200-10a，
故答案为：13b=200-10a；
②当生成的混合气体中不含SO₂，即13b=0时，此时100 L全部为空气，显然a=20 L．20 L为a取值的上限，但a的下限并不是为0，空气过量20%，设参加反应的空气为100 L，则过量的空气为20 L．生成的SO₂为100 L×0.200×$\frac{11}{8}$=14.55 L，生成气体中氮气的体积不变，为120×0.800=96 L，过量的O₂的体积为20×0.200=4 L．则a=100 L×$\frac{4}{4+96+14.55}$=3.5 L，此时b为最大值：13b=200-3.5×10=165 L．曲线的起点为（3.5，165），曲线的终点为（20，0）．该曲线为直线，
由起点和终点即可作图：，
故答案为：．

点评 本题考查根据方程式的计算，侧重考查学生分析计算能力，（4）中作图为易错点，学生容易忽略空气过量，难度较大．