Question

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，

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）．A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）．B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______．C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

（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=

0.360×56

64

=0.315，故答案为：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
Fe～FeS₂～2H₂SO₄
56          2×98
X           98.0%×1.92t
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=

0.5376t

1?4.00%

=0.560t，
故答案为：0.560；
（3）假设生成5molFe的氧化物，同时生成10molSO₂，消耗O₂的物质的量为

7

2

+10=

27

2

mol 于是原有O₂：

27

2

+6=

39

2

mol，原有N₂：58mol，
则所求富氧空气中O₂和N₂的体积比=

39

2

：58=39：116，
故答案为：39：116；
（4））A、二氧化碳的物质的量为

0.224L

22.4L/mol

=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

28g

56g/mol

=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，
故答案为：50：1；
B、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

8.436g

2.812g

×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

2.8L

22.4L/mol

=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

0.125mol

0.1L

=1.25mol/L，
故答案为：1.25mol/L；
C、令Ⅱ组中生成氢气为

2.24L

22.4L/mol

=0.1mol，根据电子注意守恒可知n（Fe）=0.1mol，则n（C）=

0.1mol

50

=0.002mol，
a．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≤

0.025mol

0.1mol

×5.624=1.406g，此时属于固体碳的质量为（m+5.624）×

0.12

28.12

g；
b．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，
故答案为：0＜m≤1.406g时，（m+5.624）×

0.12

28.12

g；m＞1.406g时，（m-1.376）g．