Question

【題目】硫鐵礦石（主要成分FeS2）用于工業制硫酸，其排出的礦渣在一定條件下以磁性氧化鐵為主。經磁選獲得精礦，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（雜質不含鐵、硫、氧元素，且雜質不耗氧）。請回答下列問題：

(1)某硫鐵礦石中（雜質不含鐵、硫）含硫的質量分數是0.360，則該硫鐵礦石中含鐵元素的質量分數是________（答案用小數表示，保留3位小數）。

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

(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（最簡單的整數比）為_________。

氣體	SO2	N2	O2
物質的量	10	58	6

(4)煉鐵廠生產的生鐵常用于煉鋼。取某鋼樣粉末28.12g(假設只含Fe和C)，在氧氣流中充分反應，得到CO2氣體224mL(標準狀況下)。

①計算此鋼樣粉末中鐵和碳的物質的量之比為________（最簡單的整數比）。

②再取三份不同質量的上述鋼樣粉末分別加到100mL相同濃度的稀H2SO4中，充分反應后，測得的實驗數據如下表所示：

實驗序號	I	II	III
加入鋼樣粉末的質量（g）	2.812	5.624	8.436
生成氣體的體積（L）（標準狀況）	1.120	2.240	2.800

則該硫酸溶液的物質的量濃度為________________。

③若在上述實驗II中繼續加入m g鋼樣粉末，計算反應結束后剩余的固體質量為多少？（寫出必要的步驟，答案保留3位小數）_______________。

Answer 1

【答案】0.315 0.560 39：116 50：1 1.25 mol／L 設恰好溶解時鋼樣的質量為x，對于實驗I和III， x＝7．030g

此時加入的鋼樣的質量為m＝7.030－5.624＝1.406g

a．當鋼樣粉末中的鐵未全部溶解時，即m＞1.406g

反應結束后剩余固體的質量為m＋5.624－0.125×56＝（m－1.376）g

b．當鋼樣粉末中的鐵全部溶解時，即m≤1.406g

反應結束后剩余固體的質量為 (m＋5.624)×g 或 (m＋5.624)×g

【解析】

(1)依據硫鐵礦石(主要成分FeS2)中鐵元素和硫元素質量之比計算；

(2)依據硫元素守恒得到礦石中鐵元素的質量，結合生鐵中鐵元素含量為1-4%計算得到；

(3)依據反應和圖表數據計算消耗氧氣的量，依據氣體體積之比等于物質的量之比計算得到；

(4)A根據n=計算二氧化碳的物質的量，利用碳元素守恒計算n(C)，再根據m=nM計算碳的質量，進而計算Fe的質量，再根據n=計算Fe的物質的量，據此解答；

②硫酸的體積一定，由表中數據可知，樣品質量增大，生成氣體的體積都增大，故第Ⅰ、Ⅱ組樣品完全反應，酸有剩余，8.436g樣品完全反應可以生成氣體×1.12L=3.36L＞2.8L，故第Ⅲ組硫酸不足，樣品完全反應．根據第Ⅲ組氫氣的體積計算硫酸的物質的量，再根據c=計算硫酸的濃度；

③根據鐵是否完全溶解推論計算，剩余固體為碳與剩余鐵的質量。

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

(2)如用上述硫鐵礦石制硫酸，礦渣經磁選獲得精礦，直接用于高爐煉鐵，當制得98.0%的硫酸1.92噸時(不考慮硫的損失)，依據工業生產流程和元素守恒得到：設鐵元素質量為X，

=，X=0.5376t，生產含碳4.00%的生鐵中鐵元素含量為96.00%，生鐵的質量==0.560t；

(3)假設生成5molFe的氧化物，同時生成10molSO2，消耗O2的物質的量為+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)①二氧化碳的物質的量為=0.01mol，根據碳元素守恒n(C)=0.01mol，故m(C)=0.01mol×12g/mol=0.12g，故Fe的質量為28.12g-0.12g=28g，Fe的物質的量為=0.5mol，故此鋼樣粉末中鐵和碳的物質的量之比為0.5mol：0.01mol=50：1；

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

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

a．當鋼樣粉末中的鐵未全部溶解時，即m＞1.406g，反應結束后剩余固體的質量為m+5.624-0.125×56=(m-1.376)g；

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