Question

【題目】硫鐵礦石（主要成分FeS2）用于工業(yè)制硫酸，其排出的礦渣在一定條件下以磁性氧化鐵為主。經(jīng)磁選獲得精礦，可直接用于高爐煉鐵。已知某精礦的主要成分是磁性氧化鐵( Fe3O4)和Fe2O3及雜質(zhì)（雜質(zhì)不含鐵、硫、氧元素，且雜質(zhì)不耗氧）。請(qǐng)回答下列問題：

(1)某硫鐵礦石中（雜質(zhì)不含鐵、硫）含硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是0.360，則該硫鐵礦石中含鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是________（答案用小數(shù)表示，保留3位小數(shù)）。

(2)如用上述硫鐵礦石制硫酸，礦渣經(jīng)磁選獲得精礦，直接用于高爐煉鐵，當(dāng)制得98.0%的硫酸1.92噸時(shí)（不考慮硫的損失），則煉鐵廠（不計(jì)選礦及煉鐵時(shí)鐵的損耗）最多可生產(chǎn)含碳4.00%的生鐵____噸（答案保留3位小數(shù)）。

(3)煅燒硫鐵礦常用富氧空氣。從沸騰爐排出的氣體成分如下表。如果精礦中鐵、氧的物質(zhì)的量之比為n (Fe)：n(O)=5：7，則富氧空氣中O2和N2的體積比（最簡(jiǎn)單的整數(shù)比）為_________。

氣體	SO2	N2	O2
物質(zhì)的量	10	58	6

(4)煉鐵廠生產(chǎn)的生鐵常用于煉鋼。取某鋼樣粉末28.12g(假設(shè)只含Fe和C)，在氧氣流中充分反應(yīng)，得到CO2氣體224mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)。

①計(jì)算此鋼樣粉末中鐵和碳的物質(zhì)的量之比為________（最簡(jiǎn)單的整數(shù)比）。

②再取三份不同質(zhì)量的上述鋼樣粉末分別加到100mL相同濃度的稀H2SO4中，充分反應(yīng)后，測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示：

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	I	II	III
加入鋼樣粉末的質(zhì)量（g）	2.812	5.624	8.436
生成氣體的體積（L）（標(biāo)準(zhǔn)狀況）	1.120	2.240	2.800

則該硫酸溶液的物質(zhì)的量濃度為________________。

③若在上述實(shí)驗(yàn)II中繼續(xù)加入m g鋼樣粉末，計(jì)算反應(yīng)結(jié)束后剩余的固體質(zhì)量為多少？（寫出必要的步驟，答案保留3位小數(shù)）_______________。

Answer 1

【答案】0.315 0.560 39：116 50：1 1.25 mol／L 設(shè)恰好溶解時(shí)鋼樣的質(zhì)量為x，對(duì)于實(shí)驗(yàn)I和III， x＝7．030g

此時(shí)加入的鋼樣的質(zhì)量為m＝7.030－5.624＝1.406g

a．當(dāng)鋼樣粉末中的鐵未全部溶解時(shí)，即m＞1.406g

反應(yīng)結(jié)束后剩余固體的質(zhì)量為m＋5.624－0.125×56＝（m－1.376）g

b．當(dāng)鋼樣粉末中的鐵全部溶解時(shí)，即m≤1.406g

反應(yīng)結(jié)束后剩余固體的質(zhì)量為 (m＋5.624)×g 或 (m＋5.624)×g

【解析】

(1)依據(jù)硫鐵礦石(主要成分FeS2)中鐵元素和硫元素質(zhì)量之比計(jì)算；

(2)依據(jù)硫元素守恒得到礦石中鐵元素的質(zhì)量，結(jié)合生鐵中鐵元素含量為1-4%計(jì)算得到；

(3)依據(jù)反應(yīng)和圖表數(shù)據(jù)計(jì)算消耗氧氣的量，依據(jù)氣體體積之比等于物質(zhì)的量之比計(jì)算得到；

(4)A根據(jù)n=計(jì)算二氧化碳的物質(zhì)的量，利用碳元素守恒計(jì)算n(C)，再根據(jù)m=nM計(jì)算碳的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算Fe的質(zhì)量，再根據(jù)n=計(jì)算Fe的物質(zhì)的量，據(jù)此解答；

②硫酸的體積一定，由表中數(shù)據(jù)可知，樣品質(zhì)量增大，生成氣體的體積都增大，故第Ⅰ、Ⅱ組樣品完全反應(yīng)，酸有剩余，8.436g樣品完全反應(yīng)可以生成氣體×1.12L=3.36L＞2.8L，故第Ⅲ組硫酸不足，樣品完全反應(yīng)．根據(jù)第Ⅲ組氫氣的體積計(jì)算硫酸的物質(zhì)的量，再根據(jù)c=計(jì)算硫酸的濃度；

③根據(jù)鐵是否完全溶解推論計(jì)算，剩余固體為碳與剩余鐵的質(zhì)量。

(1)硫鐵礦石(主要成分FeS2)中鐵元素和硫元素質(zhì)量之比=56：64，質(zhì)量之比等于質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比得到，鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)==0.315；

(2)如用上述硫鐵礦石制硫酸，礦渣經(jīng)磁選獲得精礦，直接用于高爐煉鐵，當(dāng)制得98.0%的硫酸1.92噸時(shí)(不考慮硫的損失)，依據(jù)工業(yè)生產(chǎn)流程和元素守恒得到：設(shè)鐵元素質(zhì)量為X，

=，X=0.5376t，生產(chǎn)含碳4.00%的生鐵中鐵元素含量為96.00%，生鐵的質(zhì)量==0.560t；

(3)假設(shè)生成5molFe的氧化物，同時(shí)生成10molSO2，消耗O2的物質(zhì)的量為+10=mol 于是原有O2：mol+6=mol，原有N2：58mol，則所求富氧空氣中O2和N2的體積比=mol：58=39：116；

(4)①二氧化碳的物質(zhì)的量為=0.01mol，根據(jù)碳元素守恒n(C)=0.01mol，故m(C)=0.01mol×12g/mol=0.12g，故Fe的質(zhì)量為28.12g-0.12g=28g，Fe的物質(zhì)的量為=0.5mol，故此鋼樣粉末中鐵和碳的物質(zhì)的量之比為0.5mol：0.01mol=50：1；

②硫酸的體積一定，由表中數(shù)據(jù)可知，樣品質(zhì)量增大，生成氣體的體積都增大，故第Ⅰ、Ⅱ組樣品完全反應(yīng)，酸有剩余，8.436g樣品完全反應(yīng)可以生成氣體×1.12L=3.36L＞2.8Lg，故第Ⅲ組硫酸不足，樣品完全反應(yīng)．氫氣的物質(zhì)的量為=0.125mol，由氫原子守恒可知硫酸的物質(zhì)的量為0.125mol，故硫酸的濃度為=1.25mol/L，

③令Ⅱ組中生成氫氣為=0.1mol，根據(jù)電子注意守恒可知n(Fe)=0.1mol，則n(C)==0.002mol，

a．當(dāng)鋼樣粉末中的鐵未全部溶解時(shí)，即m＞1.406g，反應(yīng)結(jié)束后剩余固體的質(zhì)量為m+5.624-0.125×56=(m-1.376)g；

b．當(dāng)鋼樣粉末中的鐵全部溶解時(shí)，樣品中Fe的總物質(zhì)的量小于或等于0.125mol，故加入的Fe的物質(zhì)的量小于或等于0.125mol-0.1mol=0.025mol，則m≤×5.624=1.406g，此時(shí)屬于固體碳的質(zhì)量為(m+5.624)×g。