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四、计算题(本大题包括1小题,共10分)
17.(2025·南京期中)空气是人类宝贵的资源。工业上以黄铁矿为原料利用空气中的氧气生产硫酸的主要流程如图所示。
(1)上述流程所涉及的含硫物质中,硫元素化合价为+6的是
(2)接触室内温度为$400$~$500\ °\mathrm{C}$时,$\ce{SO_{2}}$在催化剂作用下转化为$\ce{SO_{3}}$,该反应的化学方程式为
(3)吸收塔内发生反应的化学方程式为
(4)在反应室内发生的主要化学反应为$\ce{4FeS_{2} + 11O_{2}\xlongequal{高温}2Fe_{2}O_{3} + 8SO_{2}}$。现有含$120\ \mathrm{t}\ \ce{FeS_{2}}$的黄铁矿在反应室中完全反应,理论上最多能得到二氧化硫的质量是多少?(写出计算过程)
17.(2025·南京期中)空气是人类宝贵的资源。工业上以黄铁矿为原料利用空气中的氧气生产硫酸的主要流程如图所示。
(1)上述流程所涉及的含硫物质中,硫元素化合价为+6的是
$\ce{SO_{3}}$、$\ce{H_{2}SO_{4}}$
(填化学式)。(2)接触室内温度为$400$~$500\ °\mathrm{C}$时,$\ce{SO_{2}}$在催化剂作用下转化为$\ce{SO_{3}}$,该反应的化学方程式为
$\ce{2SO_{2} + O_{2}\xlongequal[400\mathrm{~}500\ °\mathrm{C}]{催化剂}2SO_{3}}$
。(3)吸收塔内发生反应的化学方程式为
$\ce{SO_{3} + H_{2}O\xlongequal{\;\;}H_{2}SO_{4}}$
。(已知反应物与生成物的化学计量数之比为$1:1:1$)(4)在反应室内发生的主要化学反应为$\ce{4FeS_{2} + 11O_{2}\xlongequal{高温}2Fe_{2}O_{3} + 8SO_{2}}$。现有含$120\ \mathrm{t}\ \ce{FeS_{2}}$的黄铁矿在反应室中完全反应,理论上最多能得到二氧化硫的质量是多少?(写出计算过程)
答案
$\ce{SO_{3}}$、$\ce{H_{2}SO_{4}}$
$\ce{2SO_{2} + O_{2}\xlongequal[400∼ 500\ °C]{催化剂} 2SO_{3}}$
$\ce{SO_{3} + H_{2}O = H_{2}SO_{4}}$
解：设理论上最多能得到二氧化硫的质量为x。
$ \ce{4FeS_{2} + 11O_{2}\xlongequal{高温} 2Fe_{2}O_{3} + 8SO_{2}}$
$ 480\phantom{\ce{ + 11O_{2}\xlongequal{高温} 2Fe_{2}O_{3} + 8}}512$
$ 120\ \mathrm{t}\phantom{\ce{ + 11O_{2}\xlongequal{高温} 2Fe_{2}O_{3} + 8}}x$
$ \dfrac{480}{512}=\dfrac{120\ \mathrm{t}}{x}$
解得$x=128\ \mathrm{t}$
答：理论上最多能得到二氧化硫的质量是128 t。
$\ce{2SO_{2} + O_{2}\xlongequal[400∼ 500\ °C]{催化剂} 2SO_{3}}$
$\ce{SO_{3} + H_{2}O = H_{2}SO_{4}}$
解：设理论上最多能得到二氧化硫的质量为x。
$ \ce{4FeS_{2} + 11O_{2}\xlongequal{高温} 2Fe_{2}O_{3} + 8SO_{2}}$
$ 480\phantom{\ce{ + 11O_{2}\xlongequal{高温} 2Fe_{2}O_{3} + 8}}512$
$ 120\ \mathrm{t}\phantom{\ce{ + 11O_{2}\xlongequal{高温} 2Fe_{2}O_{3} + 8}}x$
$ \dfrac{480}{512}=\dfrac{120\ \mathrm{t}}{x}$
解得$x=128\ \mathrm{t}$
答：理论上最多能得到二氧化硫的质量是128 t。
解析
【分析】
本题围绕工业制硫酸的流程展开，需结合化合价规则、常见反应方程式、化学计算的基本方法逐一解决问题：
1. 对于含硫物质的化合价，根据“化合物中正负化合价代数和为0”计算各物质中S的化合价，找出+6价的物质；
2. 接触室的反应是SO₂转化为SO₃，需明确反应物、生成物及反应条件，配平化学方程式；
3. 吸收塔的反应根据“反应物与生成物化学计量数之比为1:1:1”，结合SO₃的性质确定反应；
4. 计算SO₂质量时，利用反应的化学方程式，找准已知量（FeS₂质量）和未知量（SO₂质量），通过相对分子质量列比例式计算。
【解析】
(1) 计算各含硫物质中S的化合价：
FeS₂：Fe为+2价，设S化合价为a，则+2 + 2a = 0 → a=-1；
SO₂：O为-2价，设S化合价为b，则b + 2×(-2)=0 → b=+4；
SO₃：O为-2价，设S化合价为c，则c + 3×(-2)=0 → c=+6；
H₂SO₄：H为+1、O为-2价，设S化合价为d，则2×(+1)+d + 4×(-2)=0 → d=+6；
故硫元素化合价为+6的是$\ce{SO_{3}}$、$\ce{H_{2}SO_{4}}$。
(2) 接触室内，$\ce{SO_{2}}$在催化剂、$400$~$500\ °\mathrm{C}$条件下与$\ce{O_{2}}$反应生成$\ce{SO_{3}}$，配平后化学方程式为：$\ce{2SO_{2} + O_{2}\xlongequal[400∼ 500\ °C]{催化剂} 2SO_{3}}$。
(3) 吸收塔内，$\ce{SO_{3}}$与吸收剂（水）反应，反应物与生成物化学计量数之比为$1:1:1$，生成硫酸，化学方程式为：$\ce{SO_{3} + H_{2}O = H_{2}SO_{4}}$。
(4) 计算过程：
设理论上最多能得到二氧化硫的质量为$x$。
反应室的化学方程式：$\ce{4FeS_{2} + 11O_{2}\xlongequal{高温}2Fe_{2}O_{3} + 8SO_{2}}$
$\ce{FeS_{2}}$的相对分子质量：$56 + 32×2 = 120$，则$4$个$\ce{FeS_{2}}$的总相对质量为$4×120 = 480$；
$\ce{SO_{2}}$的相对分子质量：$32 + 16×2 = 64$，则$8$个$\ce{SO_{2}}$的总相对质量为$8×64 = 512$；
列比例式：$\dfrac{480}{512} = \dfrac{120\ \mathrm{t}}{x}$，解得$x = 128\ \mathrm{t}$。
【答案】
$\ce{SO_{3}}$、$\ce{H_{2}SO_{4}}$；$\ce{2SO_{2} + O_{2}\xlongequal[400∼ 500\ °C]{催化剂} 2SO_{3}}$；$\ce{SO_{3} + H_{2}O = H_{2}SO_{4}}$；理论上最多能得到二氧化硫的质量是$128\ \mathrm{t}$
【知识点】
化合价计算、化学方程式书写、根据化学方程式计算
【点评】
本题以工业制硫酸的流程为背景，综合考查化合价规则、常见反应方程式的书写及化学计算，知识点基础且典型，需要学生掌握化学用语的规范表达和化学计算的基本步骤，难度适中。
【难度系数】
0.6
本题围绕工业制硫酸的流程展开，需结合化合价规则、常见反应方程式、化学计算的基本方法逐一解决问题：
1. 对于含硫物质的化合价，根据“化合物中正负化合价代数和为0”计算各物质中S的化合价，找出+6价的物质；
2. 接触室的反应是SO₂转化为SO₃，需明确反应物、生成物及反应条件，配平化学方程式；
3. 吸收塔的反应根据“反应物与生成物化学计量数之比为1:1:1”，结合SO₃的性质确定反应；
4. 计算SO₂质量时，利用反应的化学方程式，找准已知量（FeS₂质量）和未知量（SO₂质量），通过相对分子质量列比例式计算。
【解析】
(1) 计算各含硫物质中S的化合价：
FeS₂：Fe为+2价，设S化合价为a，则+2 + 2a = 0 → a=-1；
SO₂：O为-2价，设S化合价为b，则b + 2×(-2)=0 → b=+4；
SO₃：O为-2价，设S化合价为c，则c + 3×(-2)=0 → c=+6；
H₂SO₄：H为+1、O为-2价，设S化合价为d，则2×(+1)+d + 4×(-2)=0 → d=+6；
故硫元素化合价为+6的是$\ce{SO_{3}}$、$\ce{H_{2}SO_{4}}$。
(2) 接触室内，$\ce{SO_{2}}$在催化剂、$400$~$500\ °\mathrm{C}$条件下与$\ce{O_{2}}$反应生成$\ce{SO_{3}}$，配平后化学方程式为：$\ce{2SO_{2} + O_{2}\xlongequal[400∼ 500\ °C]{催化剂} 2SO_{3}}$。
(3) 吸收塔内，$\ce{SO_{3}}$与吸收剂（水）反应，反应物与生成物化学计量数之比为$1:1:1$，生成硫酸，化学方程式为：$\ce{SO_{3} + H_{2}O = H_{2}SO_{4}}$。
(4) 计算过程：
设理论上最多能得到二氧化硫的质量为$x$。
反应室的化学方程式：$\ce{4FeS_{2} + 11O_{2}\xlongequal{高温}2Fe_{2}O_{3} + 8SO_{2}}$
$\ce{FeS_{2}}$的相对分子质量：$56 + 32×2 = 120$，则$4$个$\ce{FeS_{2}}$的总相对质量为$4×120 = 480$；
$\ce{SO_{2}}$的相对分子质量：$32 + 16×2 = 64$，则$8$个$\ce{SO_{2}}$的总相对质量为$8×64 = 512$；
列比例式：$\dfrac{480}{512} = \dfrac{120\ \mathrm{t}}{x}$，解得$x = 128\ \mathrm{t}$。
【答案】
$\ce{SO_{3}}$、$\ce{H_{2}SO_{4}}$；$\ce{2SO_{2} + O_{2}\xlongequal[400∼ 500\ °C]{催化剂} 2SO_{3}}$；$\ce{SO_{3} + H_{2}O = H_{2}SO_{4}}$；理论上最多能得到二氧化硫的质量是$128\ \mathrm{t}$
【知识点】
化合价计算、化学方程式书写、根据化学方程式计算
【点评】
本题以工业制硫酸的流程为背景，综合考查化合价规则、常见反应方程式的书写及化学计算，知识点基础且典型，需要学生掌握化学用语的规范表达和化学计算的基本步骤，难度适中。
【难度系数】
0.6
