Question

（本題共14分）
硫有多種含氧酸，亞硫酸（H₂SO₃）、硫酸（H₂SO₄）、焦硫酸（H₂SO₄·SO₃）、硫代硫酸（H₂S₂O₃）等等，其中硫酸最為重要，在工業上有廣泛的應用。在實驗室，濃硫酸是常用的干燥劑。
完成下列計算：
(1)焦硫酸（H₂SO₄·SO₃）溶于水，其中的SO₃都轉化為硫酸。若將445g焦硫酸溶于水配成4.00L硫酸，該硫酸的物質的量濃度為________mol/。
(2)若以濃硫酸吸水后生成的H₂SO₄·H₂O計算，250g質量分數為98%的硫酸能吸收多少g水？
(3)硫鐵礦是工業上制硫酸的主要原料。硫鐵礦氧化焙燒的化學反應如下：
3FeS₂＋8O₂→Fe₃O₄＋6SO₂   4FeS₂＋11 O₂→2Fe₂O₃＋8SO₂
若48mol FeS₂完全反應耗用氧氣2934.4L（標準狀況），計算反應產物中Fe₃O₄與Fe₂O₃物質的量之比。
(4)用硫化氫制取硫酸，既能充分利用資源又能保護環境，是一種很有發展前途的制備硫酸的方法。
硫化氫體積分數為0.84的混合氣體（H₂S、H₂O、N₂）在空氣中完全燃燒，若空氣過量77%，計算產物氣體中SO₂體積分數（水是氣體）。（已知空氣組成：N₂體積分數0.79、O₂體積分數0.21）

Answer 1

(1)1.25   (2)250×98%÷98×16＝40g
(3)2934.4÷22.4＝131mol  
設Fe₃O₄   amol   Fe₂O₃   bmol
3a+2b＝48  8a+11÷2b＝131   a＝4   b＝18
n (Fe₃O₄):n(Fe₂O₃)＝2:9
(4)設混合氣為1體積，0.84體積硫化氫完全燃燒生成0.84體積二氧化硫和0.84體積水，消耗1.26體積氧氣。所需空氣為1.26÷0.21×1.77＝10.62
體積＝0.84÷（10.62－1.26+1.84）＝0.075

試題分析：(1)445g焦硫酸的物質的量＝445g÷178g/mol＝2.5mol，其中硫酸和三氧化硫均是2.5mol，2.5mol三氧化硫又產生2.5mol硫酸，則溶液中硫酸的物質的量是5.0mol，濃度是5.0mol÷4L＝1.25mol/L。
(2)250g質量分數為98%的硫酸中硫酸的質量是250g×98%＝245g，其中溶劑水是5g，硫酸的物質的量是245g÷98g/mol＝2.5mol，可以結合水的物質的量是2.5mol，質量是2.5mol×18g/mol＝45g，因此還可以吸收水的質量是45g－5g＝40g。
(3)設Fe₃O₄的物質的量是amol，Fe₂O₃的物質的量是bmol
反應中消耗氧氣的物質的量是2934.4L÷22.4L/mol＝131mol
則根據方程式可知3a+2b＝48、8a+11÷2b＝131
解得a＝4、b＝18
則n (Fe₃O₄):n(Fe₂O₃)＝2:9
(4)設混合氣為1體積，根據氯化氫完全燃燒的方程式2H₂S＋3O₂點燃2SO₂＋2H₂O 可知，0.84體積硫化氫完全燃燒生成0.84體積二氧化硫和0.84體積水，消耗1.26體積氧氣。反應中空氣過量77%，因此所需空氣為 ×1.77＝10.62，則二氧化硫體積分數＝ ＝0.075