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この問題のポイント

問1　硫酸は次のような製法でつくることができます。流れを確認しましょう。

この説明より、   ア   には「発煙」、   イ   には「接触」が入ることがわかります。

問2　硫酸、とくに濃硫酸には次のような性質があります。

i)　エタノールと反応させるわけですから、濃硫酸の脱水性（3．の性質）を示した反応といえます。濃硫酸は反応式中に書かなくてよいので、$\ce{C2H5OH}$から$\ce{C2H4}$と$\ce{H2O}$が生成される化学反応式を書くとよいでしょう。ここで発生した気体は「エチレン」のことになりますね。

ii)　塩化ナトリウムは$\ce{NaCl}$ですから、これと濃硫酸を反応させるわけなので、濃硫酸の不揮発性（1．の性質）を利用した化学反応ということになりますね。化学反応式も1．に示されていますから、この反応式を書けばよいということになります。ここで発生した気体とは「塩化水素（$\ce{HCl}$）」ですね。

ちなみに、希硫酸にはこのような性質はなく、強酸性のみの性質があります。

問3　濃硫酸に水を加えると、濃硫酸より密度の小さい水が濃硫酸の表面に浮きます。そして問2の解説で示した濃硫酸の性質にあるとおり、濃硫酸は溶解熱が大きいですから、その溶解熱で表面に浮いた水が沸騰してしまいます。すると、硫酸とともに飛び散る危険があります。

こういう理由で水をかき混ぜながら濃硫酸を少しずつ加える方法が適切なわけです。

解答のチェックポイント

• 「水をかき混ぜながら濃硫酸を少しずつ加える方法」を適切な方法としているか
• 濃硫酸に水を加えると硫酸が飛び散る危険があることを理由としているか
• 硫酸が飛び散る危険がある理由を、濃硫酸が熱を持つこと（または水が急激に沸騰すること）から説明しているか

問4　黄鉄鉱から二酸化硫黄が生成される反応式は問題にあります。その後硫酸をつくる過程は問1の解説にあるⅠ・Ⅱの反応になるわけです。黄鉄鉱により、$\ce{8SO2}$が生成されるので、Ⅰの反応式の両辺を4倍して
$\ce{8SO2 + 4O2 -> 8SO3}$　…Ⅲ

そして、Ⅱの反応式の両辺を8倍して
$\ce{8SO3 + 8H2O -> 8H2SO4}$　…Ⅳ
よって、問題にあった反応式とⅢ・Ⅳの反応式より、このような化学反応式ができます。

\( \small{\ce{4FeS2 + 15O2 + 8H2O -> 2Fe2O3 + 8H2SO4}} \)

この化学反応式より、もともとの黄鉄鉱と生成される硫酸のモル比は4：8 = 1：2とわかりますね。
黄鉄鉱（$\ce{FeS2}$）1molは56+32×2 = 120gより、黄鉄鉱60.0kgとは60000÷120 = 500molです。

よって、硫酸は500×2 = 1000mol生成されたということになります。硫酸（$\ce{H2SO4}$）1molは1×2+32+16×4 = 98gなので、生成された濃硫酸（98.0％）を$x$L、すなわち$1000x$mLとすると、
\( \displaystyle \frac{1.84×1000x×0.98}{98} = 1000 \)

この方程式を解くと、\( 18.4x = 1000 \)となるので、\( x ≒ 54.3 \)Lです。

答え．
問1
   ア   …発煙
   イ   …接触
問2
i)　$\ce{C2H5OH -> C2H4 + H2O}$
ii)　$\ce{NaCl + H2SO4 -> NaHSO4 + HCl}$
問3
（例）濃硫酸に水を加えると、水が急騰し、それにより硫酸が飛び散る可能性があり危険である。この理由により、水をかき混ぜながら濃硫酸を少しずつ加える方法のほうが適切である。
問4
54.3L

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