Question

（10分）、硫鐵礦又稱黃鐵礦，是生產硫酸的原料，其主要成分為FeS₂。850℃～900℃時，硫鐵礦在純凈的氧氣中煅燒，可能發生下列反應：
① 3FeS₂＋8O₂→Fe₃O₄＋6SO₂        ② 4FeS₂＋11O₂→2Fe₂O₃＋8SO₂   
⑴為使FeS₂煅燒完全生成Fe₂O₃，使用過量氧氣，當氧氣過量20%時，求所得爐氣中SO₂的體積分數。（寫出計算過程）
⑵480 g純凈的FeS₂在氧氣中完全反應，若所得固體中，Fe和O的物質的量之比
n(Fe)∶n(O)＝4∶a，此時消耗氧氣b mol。
①試寫出b與a的關系式：_______ ______。
② b的最大值為    ____，最小值為_______  ____。

Answer 1

（1）78.4%（5分）
設生成8 L SO₂，則原氧氣為11×1.2＝13.2（L），反應后混合氣體積為10.2 L。
SO₂%＝8/10.2＝78.4%
（2）①b＝0.5a＋8（3分）   ②b＝11（3分），b＝10.7    即：32/3（3分）

（1）根據方程式② 4FeS₂＋11O₂→2Fe₂O₃＋8SO₂分析可知，每11mol氧氣與FeS₂反應生成8mol二氧化硫氣體，所以，令氧氣的物質的量為，當與4molFeS₂反應生成8mol二氧化硫氣體時，余下氧氣20%，所以可求得爐氣中SO₂的體積分數
（2）480 g純凈的FeS₂的物質的量為4mol；令Fe₃O₄的物質的量為x，Fe₂O₃的物質的量為y，則由化學反應方程式可得：
① 3FeS₂＋8O₂→Fe₃O₄＋6SO₂
3x     8x    x
② 4FeS₂＋11O₂→2Fe₂O₃＋8SO₂
2y     5.5y   y
根據Fe元素守恒可得：3x+2y=4；固體中O元素的質量為：4x+3y=a；由方程式中消耗氧氣的物質的量為：8x+5.5y=b；解這三個方程式可求得b與a的關系式：b＝0.5a＋8；
由方程式中的比例關系可知，b的最大值為b＝11；b的最小值為32/3