Question

4．某實驗小組用工業上廢渣（主要成分Cu₂S和Fe₂O₃）制取純銅和綠礬（FeSO₄•7H₂O）產品，設計流程如圖：

（1）在實驗室中，欲用98%的濃硫酸（密度為1.84g•mL^-1）配制500mL1.0mol•L^-1的硫酸，需要的儀器除量筒、燒杯、玻璃棒外，還有膠頭滴管、500mL容量瓶．
（2）該小組同學設計如圖裝置模擬廢渣在過量氧氣中焙燒，并驗證廢渣中含硫元素．

①裝置A中反應的化學方程式為2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑；為控制反應不過于激烈并產生平穩氣流，采取的操作及現象是打開分液漏斗上口活塞，控制分液漏斗旋塞，使水勻速逐滴滴下；B處應連接盛有堿石灰的干燥管（或U形管）或濃硫酸的洗氣瓶（填寫試劑及儀器名稱）．
②E裝置中加入品紅溶液的目的是檢驗氣體a中的SO₂；當F裝置中出現白色沉淀時，反應離子方程式為2SO₂+O₂+2H₂O+2Ba²⁺=2BaSO₄↓+4H⁺．
（3）下列操作中，不屬于步驟⑤中進行的操作的是ad（填下列各項中序號）．

（4）為測定產品中綠礬的質量分數，稱取30.000g樣品溶于水配成250mL溶液，取25.00mL溶液于錐形瓶中，用0.1000mol•L^-1酸性KMnO₄溶液進行滴定，反應為：10FeSO₄+8H₂SO₄+2KMnO₄═2MnSO₄+5Fe₂（SO₄）₃+K₂SO₄+8H₂O．實驗所得數據如下表所示：

滴定次數	1	2	3	4
KMnO4溶液體積/mL	20.90	20.02	19.98	20.00

①第1組實驗數據出現異常，造成這種異常的原因可能是ad（填代號）．
a．酸式滴定管用蒸餾水洗凈后未用標準液潤洗    b．錐形瓶洗凈后未干燥
c．滴定終點時俯視讀數                        d．滴定終點時仰視讀數
②根據表中數據，計算所得產品中綠礬的質量分數為92.7%．

Answer 1

分析 廢棄固體主要成分Cu₂S和Fe₂O₃，灼燒廢氣固體發生反應Cu₂S+2O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SO₂+2CuO，所以氣體a是SO₂，固體A是CuO和Fe₂O₃，固體A和稀硫酸混合，發生的反應為CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，所以溶液A中成分為CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃，向溶液A中加入過量Fe屑，發生反應CuSO₄+Fe=FeSO₄+Cu、2Fe₂（SO₄）₃+Fe=3FeSO₄，所以固體B成分是Fe、Cu，濾液B成分為FeSO₄，固體B和稀硫酸混合，Fe和稀硫酸反應生成FeSO₄，Cu和稀硫酸不反應，過濾得到固體粗銅，據此分析解答．

解答 解：（1）欲用98%的濃硫酸（密度為1.84g•mL^-1）配制500mL1.0mol•L^-1的硫酸，需要的儀器除量筒、燒杯、玻璃棒、滴定達到刻度線時用膠頭滴管，配制在500mL容量瓶中進行，
故答案為：膠頭滴管、500mL容量瓶；
（2）①裝置A中反應的化學方程式為：2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，通過控制水的流速來控制反應的速率，所以可以打開分液漏斗上口活塞，控制分液漏斗旋塞，使水勻速逐滴滴下，B裝置應是干燥裝置，所以用堿石灰的干燥管（或U形管）或濃硫酸的洗氣瓶，
故答案為：2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑；打開分液漏斗上口活塞，控制分液漏斗旋塞，使水勻速逐滴滴下；堿石灰的干燥管（或U形管）或濃硫酸的洗氣瓶；
②E裝置中加入品紅溶液的目的是檢驗氣體a中的SO₂；是未反應的氧氣與二氧化硫在水溶液中發生氧化還原反應，生成硫酸根離子，與鋇離子結合生成硫酸鋇白色沉淀，所以反應方程式為：2SO₂+O₂+2H₂O+2Ba²⁺=2BaSO₄↓+4H⁺，
故答案為：檢驗氣體a中的SO₂；2SO₂+O₂+2H₂O+2Ba²⁺=2BaSO₄↓+4H⁺；
（3）步驟⑤是在還原性體系中蒸發濃縮結晶過濾，所以涉及的裝置為：bc，不屬于的是ad，
故答案為：ad； 
（4）①第1組實驗數據出現異常，消耗高錳酸鉀溶液體積變大，
a．酸式滴定管用蒸餾水洗凈后未用標準液潤洗，標準液的濃度變小，消耗高錳酸鉀溶液體積變大，故正確；
b．錐形瓶洗凈后未干燥，無影響，故錯誤；
c．滴定終點時俯視讀數，高錳酸鉀溶液體積變小，故錯誤；
d．滴定終點時仰視讀數，高錳酸鉀溶液體積變大，故正確；
故選：ad；
②第2、3、4組求平均值，消耗KMnO₄溶液體積為：$\frac{20.02+19.98+20.00}{3}$=20ml，由10FeSO₄+8H₂SO₄+2KMnO₄=2MnSO₄+5Fe₂（SO₄）₃+K₂SO₄+8H₂O得：
10FeSO₄～～2KMnO₄，
10×152     2
m         20ml×0.1000mol•L^-1×10^-3     
m=$\frac{10×152×20ml×0.1000mol•L{\;}^{-1}×10{\;}^{-3}}{2}$=1.52g，所以綠礬的物質的為量為：$\frac{1.52g}{152g/mol}$=0.1mol；所以綠礬的質量分數為：$\frac{0.1×（152+126）}{30}$×100%=92.7%，故答案為：92.7%．

點評 本題考查混合物的分離和提純，側重考查學生分析問題、實驗操作、思維縝密性等能力，明確物質的性質是解本題關鍵，能從整體上分析各個步驟發生的反應，能正確書寫相應的化學方程式和離子方程式，題目難度中等．