Question

硫酸是一种重要的化工原料，也是实验室中常用的化学试剂。下面是对硫酸的性质、制取、用途等方面的探究，请你共同参与并回答有关问题。

（探究一）硫酸的性质

（1）浓硫酸稀释过程如图1所示，b中盛放的物质是_______。

（2）如图2将适量的稀硫酸分别加入A～E五只烧杯中。有气泡产生的是_____，证明C中发生化学反应的现象是__________。

（探究二）硫酸的工业制法

工业上以黄铁矿（主要成分是FeS₂）为原料生产硫酸的工艺流程如图所示，其中沸腾炉内发生的主要反应是：4FeS₂ +11O₂ 2Fe₂O₃ +8SO₂ 。

（1）接触室中发生的化学方程式为___________。

（2）依据生产硫酸的工艺流程图，下列说法正确的是_____（填字母序号）。

A 为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎

B 沸腾炉排出的矿渣可供炼铁

C 催化剂能够提高SO₂的反应速率和产量

D 吸收塔中98.3%的硫酸从顶部喷洒，增大接触面积，有利于吸收SO₃

（3）接触室中的SO₂平衡转化率与温度及压强的关系如图所示，催化剂活性与温度的关系如图所示。在实际生产中，SO₂催化氧化反应的条件选择常压和450℃（对应图中A点），而没有选择SO₂转化率更高的C点对应的反应条件，其原因是_________。

（探究三）探究某黄铁矿中FeS₂的含量。

同学们进行了如下实验探究。

（查阅资料）Na₂SO₃ +H₂O₂ ＝Na₂SO₄ +H₂O

（实验探究）

Ⅰ称取1.60g黄铁矿样品放入如图所示装置（夹持装置省略）的石英管中，从a处不断地缓缓通入空气、高温灼烧石英管中的黄铁矿样品至完全反应（同工业上沸腾炉内的反应）。

Ⅱ反应结束后，将乙瓶中的溶液进行如图处理。

（问题讨论）I中装置甲瓶内盛放的试剂是氢氧化钠溶液，其作用是_____。

（含量测定）计算该黄铁矿中FeS₂的质量分数为_____。（写出计算过程）

Answer

浓硫酸 BD 溶液由红色变无色 ABD C点对应的温度低，催化剂活性低，反应速率也慢 吸收空气中的二氧化碳，防止干扰实验 75%

【解析】

探究一：（1）浓硫酸稀释是将浓硫酸沿烧杯壁缓缓加入盛有水的烧杯中，并不断用玻璃棒搅拌，所以量筒中盛放的是浓硫酸；

（2）铜片和稀硫酸不反应，镁条和稀硫酸反应生成氢气和硫酸镁，氢氧化钙和稀硫酸反应生成硫酸钙和水，碳酸氢钠和稀硫酸反应生成硫酸钠、二氧化碳和水，氧化镁和稀硫酸反应生成硫酸镁和水，所以有气泡产生的是BD；C中氢氧化钙和稀硫酸反应生成硫酸钙和水，溶液由碱性变为中性，溶液由红色变无色。

探究二：（1）从图中信息可知，接触室中二氧化硫和氧气反应生成三氧化硫，化学方程式为：；

（2）将黄铁矿粉碎，增大了接触面积，可以使黄铁矿充分燃烧，A正确；沸腾炉排出的矿渣是氧化铁，可供炼铁，B正确；催化剂只能够提高SO2的反应速率，不能提高产量，C错误；吸收塔中98.3%的硫酸从顶部喷洒，增大接触面积，有利于吸收SO3，D正确；故选ABD；

（3）根据图像分析，温度越高，二氧化硫的转化率越高；催化剂的活性随温度升高，先增大后减小。在实际生产中，会选用A点对应的反应条件而非C点，是因为C点对应的温度低，催化剂活性低，反应速率也慢。

探究三：将空气通入装置甲，甲中盛有氢氧化钠溶液，将空气中的二氧化碳吸收，因为装置最后需要用氢氧化钠溶液吸收二氧化硫，所以必须防止二氧化碳干扰试验，氧气和黄铁矿在高温条件下反应生成氧化铁和二氧化硫，最后用氢氧化钠溶液吸收二氧化硫。所以I中装置甲瓶的作用是吸收空气中的二氧化碳，防止干扰实验；

洗涤烘干得到的固体是硫酸钡，设样品中FeS2的质量为x。

根据化学方程式：、、、 可得如下关系：

则黄铁矿中FeS2的质量分数