Question

5．硫酸廠用煅燒黃鐵礦（FeS₂）來制取硫酸，實驗室利用硫酸廠燒渣（主要成分是Fe₂O₃及少量FeS、SiO₂）制備綠礬．
（1）SO₂ 和O₂ 反應制取SO₃ 的反應原理為：2SO₂+O₂ $?_{加熱}^{催化劑}$ 2SO₃，在一密閉容器中一定時間內達到平衡．該反應達到平衡狀態的標志是BD（填字母代號）．
A．v（SO₂）=v（SO₃）B．混合物的平均相對分子質量不變
C．混合氣體質量不變  D．各組分的體積分數不變
（2）某科研單位利用原電池原理，用SO₂ 和O₂ 來制備硫酸，裝置如圖，電極為多孔的材料，能吸附氣體，同時也能使氣體與電解質溶液充分接觸．
①B 電極的電極反應式為SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．
②溶液中H⁺的移動方向由B極到A極（填“A”或“B”）；電池總反應式為2SO₂+O₂+2H₂O═2H₂SO₄．
（3）利用燒渣制綠礬的過程如下：

測定綠礬產品中含量的實驗步驟：
a．稱取5.7g 產品，溶解，配成250mL 溶液
b．量取25mL 待測液于錐形瓶中
c．用硫酸酸化的0.01mol/L KMnO₄ 溶液滴定至終點，消耗KMnO₄ 溶液體積40mL
根據上述步驟回答下列問題：
①滴定時發生反應的離子方程式為（完成并配平離子反應方程式）．
□Fe²⁺+□MnO₄^-+□H⁺-□Fe³⁺+□Mn²⁺+□H₂O
②用硫酸酸化的KMnO₄ 滴定到終點的標志是滴定最后一滴酸性KMnO₄時溶液呈淡紫色，半分鐘內不褪色．
③計算上述產品中FeSO₄•7H₂O 的質量分數為97.5%．

Answer 1

分析 （1）①根據平衡常數的表達式公式寫出該反應的平衡常數表達式；
②根據達到平衡狀態，正逆反應速率相等，各組分的濃度不變進行判斷；
（2）①根據原電池工作原理分析負極、正極發生的反應；
②根據電流方向判斷氫離子的移動方向；反應原理為二氧化硫、氧氣和水反應生成硫酸；
（3）①根據在酸性條件下反應，反應物一定有氫離子，然后根據電子守恒和質量守恒配平方程式；
②根據反應結束時滴入高錳酸鉀溶液溶液后顏色變化判斷滴定終點；
③根據反應方程式及高錳酸鉀的物質的量計算出產品中FeSO₄•7H₂O的質量分數．

解答 解：（1）A．v（SO₂）=v（SO₃），沒有告訴正逆反應，無法判斷正逆反應速率是否相等，故A錯誤；
B．反應方程式兩邊都是氣體，氣體的化學計量數之和不相等，氣體的平均相對分子量是個變化的量，混合物的平均相對分子質量不變，說明正逆反應速率相等，達到了平衡狀態，故B正確；
C．反應方程式兩邊都是氣體，氣體的質量始終不變，所以混合氣體質量不變，不能判斷是否達到平衡狀態，故C錯誤；
D、各組分的體積分數不變，正逆反應速率相等，說明達到了平衡狀態，故D正確；
故選：BD；
（2）①該原電池中，負極上失電子被氧化，所以負極上投放的氣體是二氧化硫，二氧化硫失電子和水反應生成硫酸根離子和氫離子，正極上投放的氣體是氧氣，正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水，根據硫酸和水的出口方向知，B極是負極，A極是正極，所以B極上的電極反應式為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
②原電池放電時，氫離子由負極B移向正極A，電池總反應式為：2SO₂+O₂+2H₂O═2H₂SO₄，
故答案為：B；A；2SO₂+O₂+2H₂O═2H₂SO₄；
（3）①用硫酸酸化的0.01mol/L KMnO₄溶液，所以反應物中一定有氫離子，高錳酸根離子化合價由+7變為+2，降低了5價，亞鐵離子與+2變為+3，升高了1價，所以高錳酸根離子系數為1、亞鐵離子系數為5，根據電荷守恒、質量守恒配平氫離子、水，配平后的方程式為：5Fe²⁺+1MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+1Mn²⁺+4H₂O，
故答案為：5；1；8；H⁺；5；1；4；H₂O；
②當亞鐵離子與高錳酸鉀離子完全反應后，再滴入一滴高錳酸鉀溶液，溶液會呈淡紫色，據此判斷滴定終點，
故答案為：滴定最后一滴酸性KMnO₄時溶液呈淡紫色，半分鐘內不褪色；
③25mL待測液消耗的高錳酸鉀的物質的量為：0.01mol/L×0.04L=0.0004mol，
5.7g產品配成250mL溶液消耗高錳酸鉀的物質的量為0.0004mol×$\frac{250}{25}$=0.004mol，
根據反應：5Fe²⁺+1MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，硫酸亞鐵的物質的量為：0.004mol×5=0.02mol，
所以樣品中含有的FeSO₄•7H₂O的質量為：278g/mol×0.02mol=5.56g，
FeSO₄•7H₂O的質量分數為：$\frac{5.56g}{5.7g}$×100%≈97.5%，
故答案為：0.975或97.5%．

點評 本題所以黃銅礦為載體考查化學平衡常數及平衡狀態的判斷、燃料電池、氧化還原反應及滴定的相關知識，涉及的題量較大，難度稍大．