Question

【题目】硫铁矿石（主要成分FeS2）用于工业制硫酸，其排出的矿渣在一定条件下以磁性氧化铁为主。经磁选获得精矿，可直接用于高炉炼铁。已知某精矿的主要成分是磁性氧化铁( Fe3O4)和Fe2O3及杂质（杂质不含铁、硫、氧元素，且杂质不耗氧）。请回答下列问题：

(1)某硫铁矿石中（杂质不含铁、硫）含硫的质量分数是0.360，则该硫铁矿石中含铁元素的质量分数是________（答案用小数表示，保留3位小数）。

(2)如用上述硫铁矿石制硫酸，矿渣经磁选获得精矿，直接用于高炉炼铁，当制得98.0%的硫酸1.92吨时（不考虑硫的损失），则炼铁厂（不计选矿及炼铁时铁的损耗）最多可生产含碳4.00%的生铁____吨（答案保留3位小数）。

(3)煅烧硫铁矿常用富氧空气。从沸腾炉排出的气体成分如下表。如果精矿中铁、氧的物质的量之比为n (Fe)：n(O)=5：7，则富氧空气中O2和N2的体积比（最简单的整数比）为_________。

气体	SO2	N2	O2
物质的量	10	58	6

(4)炼铁厂生产的生铁常用于炼钢。取某钢样粉末28.12g(假设只含Fe和C)，在氧气流中充分反应，得到CO2气体224mL(标准状况下)。

①计算此钢样粉末中铁和碳的物质的量之比为________（最简单的整数比）。

②再取三份不同质量的上述钢样粉末分别加到100mL相同浓度的稀H2SO4中，充分反应后，测得的实验数据如下表所示：

实验序号	I	II	III
加入钢样粉末的质量（g）	2.812	5.624	8.436
生成气体的体积（L）（标准状况）	1.120	2.240	2.800

则该硫酸溶液的物质的量浓度为________________。

③若在上述实验II中继续加入m g钢样粉末，计算反应结束后剩余的固体质量为多少？（写出必要的步骤，答案保留3位小数）_______________。

Answer 1

【答案】0.315 0.560 39：116 50：1 1.25 mol／L 设恰好溶解时钢样的质量为x，对于实验I和III， x＝7．030g

此时加入的钢样的质量为m＝7.030－5.624＝1.406g

a．当钢样粉末中的铁未全部溶解时，即m＞1.406g

反应结束后剩余固体的质量为m＋5.624－0.125×56＝（m－1.376）g

b．当钢样粉末中的铁全部溶解时，即m≤1.406g

反应结束后剩余固体的质量为 (m＋5.624)×g 或 (m＋5.624)×g

【解析】

(1)依据硫铁矿石(主要成分FeS2)中铁元素和硫元素质量之比计算；

(2)依据硫元素守恒得到矿石中铁元素的质量，结合生铁中铁元素含量为1-4%计算得到；

(3)依据反应和图表数据计算消耗氧气的量，依据气体体积之比等于物质的量之比计算得到；

(4)A根据n=计算二氧化碳的物质的量，利用碳元素守恒计算n(C)，再根据m=nM计算碳的质量，进而计算Fe的质量，再根据n=计算Fe的物质的量，据此解答；

②硫酸的体积一定，由表中数据可知，样品质量增大，生成气体的体积都增大，故第Ⅰ、Ⅱ组样品完全反应，酸有剩余，8.436g样品完全反应可以生成气体×1.12L=3.36L＞2.8L，故第Ⅲ组硫酸不足，样品完全反应．根据第Ⅲ组氢气的体积计算硫酸的物质的量，再根据c=计算硫酸的浓度；

③根据铁是否完全溶解推论计算，剩余固体为碳与剩余铁的质量。

(1)硫铁矿石(主要成分FeS2)中铁元素和硫元素质量之比=56：64，质量之比等于质量分数之比得到，铁元素的质量分数==0.315；

(2)如用上述硫铁矿石制硫酸，矿渣经磁选获得精矿，直接用于高炉炼铁，当制得98.0%的硫酸1.92吨时(不考虑硫的损失)，依据工业生产流程和元素守恒得到：设铁元素质量为X，

=，X=0.5376t，生产含碳4.00%的生铁中铁元素含量为96.00%，生铁的质量==0.560t；

(3)假设生成5molFe的氧化物，同时生成10molSO2，消耗O2的物质的量为+10=mol 于是原有O2：mol+6=mol，原有N2：58mol，则所求富氧空气中O2和N2的体积比=mol：58=39：116；

(4)①二氧化碳的物质的量为=0.01mol，根据碳元素守恒n(C)=0.01mol，故m(C)=0.01mol×12g/mol=0.12g，故Fe的质量为28.12g-0.12g=28g，Fe的物质的量为=0.5mol，故此钢样粉末中铁和碳的物质的量之比为0.5mol：0.01mol=50：1；

②硫酸的体积一定，由表中数据可知，样品质量增大，生成气体的体积都增大，故第Ⅰ、Ⅱ组样品完全反应，酸有剩余，8.436g样品完全反应可以生成气体×1.12L=3.36L＞2.8Lg，故第Ⅲ组硫酸不足，样品完全反应．氢气的物质的量为=0.125mol，由氢原子守恒可知硫酸的物质的量为0.125mol，故硫酸的浓度为=1.25mol/L，

③令Ⅱ组中生成氢气为=0.1mol，根据电子注意守恒可知n(Fe)=0.1mol，则n(C)==0.002mol，

a．当钢样粉末中的铁未全部溶解时，即m＞1.406g，反应结束后剩余固体的质量为m+5.624-0.125×56=(m-1.376)g；

b．当钢样粉末中的铁全部溶解时，样品中Fe的总物质的量小于或等于0.125mol，故加入的Fe的物质的量小于或等于0.125mol-0.1mol=0.025mol，则m≤×5.624=1.406g，此时属于固体碳的质量为(m+5.624)×g。