Question

工业上生产硫酸的原料，一种是黄铁矿，其主要成分为FeS₂（S为-1价）；另一种是磁黄铁矿，其主要成分是Fe_1-xS（S为-2价），式中x通常为0.1~0.2，既含有Fe^2＋又含有Fe^3＋。
生产硫酸时将矿石煅烧，发生反应如下：
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%的黄铁矿10吨，理论上最多可以生产98%的浓硫酸           吨（矿石中无其他含硫物质）。
若磁黄铁矿Fe_1-xS中x=0.1，则Fe_1-xS中Fe^2＋与Fe^3＋的物质的量之比为     ：1。
煅烧矿石时，为了尽可能地将矿石中的硫转变为SO₂，需通入过量20%的空气（其中N₂与O₂的体积比为4：1，假设无其他气体成分），计算磁黄铁矿充分煅烧后排出的气体中SO₂的体积分数（用含x的代数式表示）。

Answer 1

12   （2分）   3.5       （3分）      （3分）

试题分析：（1）FeS₂中S元素的含量是
所以根据S原子守恒可知，最多可以生产98%的浓硫酸等质量为

（2）设Fe_1-xS中Fe^2＋与Fe^3＋的物质的量分别是a和b
则根据原子守恒和电荷守恒可知a＋b＝0.9、2a＋3b＝2
解得a＝0.7mol，b＝0.2mol
所以Fe_1-xS中Fe^2＋与Fe^3＋的物质的量之比为3.5︰1。
（3）设生成4mol SO₂，则需要1.2 (7-3x)mol的O₂，所需空气中的N₂为4.8 (7-3x)mol；
反应后得到的混合气体组成为：SO₂ 4mol、O₂ 0.2 (7-3x)mol、N₂ 4.8 (7-3x)mol；
所以 SO₂的体积分数
点评：该题以黄铁矿和磁黄铁矿生产浓硫酸为载体，重点考查学生对化学计算的熟悉掌握情况，旨在考查学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力，有利于培养学生的逻辑推理能力和规范的答题能力。该题的关键是在掌握反应原理的基础上利用好守恒法。