Question

15．黃鐵礦石的主要成分為FeS₂和少量FeS（假設其他雜質中不含Fe、S元素，且高溫下不發生化學變化），是我國大多數硫酸廠制取硫酸的主要原料．某化學興趣小組對該黃鐵礦石進行如下實驗探究．將m₁g該黃鐵礦石的樣品放入如圖裝置（夾持和加熱裝置略）的石英管中，從a處不斷地緩緩通入空氣，高溫灼燒黃鐵礦樣品至反應完全．

其反應的化學方程式為：
4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂
4FeS+7O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4SO₂
【實驗一】：測定硫元素的含量反應結束后，將乙瓶中的溶液進行如下處理：

（1）鼓入空氣的作用是提供反應需要的氧氣，排出裝置中生成的二氧化硫被乙裝置全部吸收．
（2）反應結束后乙瓶中的溶液需加足量H₂O₂溶液的目的是Na₂SO₃+H₂O₂=Na₂SO₄+H₂O（用化學方程式表示）．
（3）該黃鐵礦石中硫元素的質量分數為$\frac{32{m}_{2}}{233{m}_{1}}$×100%（列出表達式即可）．
【實驗二】：測定鐵元素的含量
①用足量稀硫酸溶解石英管中的固體殘渣→②加還原劑使溶液中的Fe³⁺恰好完全轉化為Fe²⁺后，過濾、洗滌→③將濾液稀釋至250mL→④取25.00mL稀釋液用0.1 000mol/L的酸性KMnO₄溶液滴定
（4）②中，若用鐵粉作還原劑，則所測得的鐵元素的含量偏大（填“偏大”、“偏小”或“無影響”）．
（5）③中，需要用到的儀器除燒杯、玻璃棒、膠頭滴管外，還有250mL容量瓶．
（6）某同學一共進行了四次滴定實驗，實驗結果記錄如下：

實驗次數	第一次	第二次	第三次	第四次
消耗KMnO4溶液體積/mL	25.00	25.03	20.00	24.97

根據所給數據，計算該稀釋液中Fe²⁺的物質的量濃度為c（Fe²⁺）=0.5000mol/L．

Answer 1

分析 （1）鼓入空氣提供反應需要的氧氣，排出裝置中生成的二氧化硫被乙裝置全部吸收；
（2）為減少實驗誤差，最后使完全轉化成SO₄^2-，從而完全生成硫酸鋇沉淀；雙氧水足量將亞硫酸根離子完全轉化；
（3）根據硫原子守恒計算硫鐵礦中硫的質量，從而計算其質量分數；
（4）鐵和鐵離子反應生成的亞鐵離子物質的量增大；
（5）根據一定物質的量濃度溶液的配制中各儀器的作用選取儀器；
（6）依據實驗過程和滴定實驗消耗的高錳酸鉀溶液體積的平均數，結合氧化還原反應離子方程式計算亞鐵離子物質的量，計算25mL溶液中亞鐵離子的濃度．

解答 解：（1）鼓入空氣提供反應需要的氧氣，排出裝置中生成的二氧化硫被乙裝置全部吸收；
故答案為：提供反應需要的氧氣，排出裝置中生成的二氧化硫被乙裝置全部吸收；
（2）為使亞硫酸根離子完全轉化為硫酸根離子，加入的雙氧水要足量，發生的反應的化學方程式為：Na₂SO₃+H₂O₂=Na₂SO₄+H₂O；
故答案為：Na₂SO₃+H₂O₂=Na₂SO₄+H₂O；
（3）最終所得沉淀是硫酸鋇，根據硫原子守恒得硫的質量，設硫的質量為x，
S-----BaSO₄
32g    233g
x      m₂g
x=$\frac{32m{\;}_{2}}{233}$g
質量分數=$\frac{32{m}_{2}}{233{m}_{1}}$×100%；
故答案為：$\frac{32{m}_{2}}{233{m}_{1}}$×100%；
（4）鐵和鐵離子反應生成的亞鐵離子物質的量增大，用高錳酸鉀物質的量增大，測定結果偏大，
故答案為：偏大；
（5）④中取稀釋液25.00ml，溶液是酸性溶液，體積數據要求到小數點后兩位，需用的儀器是酸式滴定管，Ⅲ的步驟③中，一定物質的量濃度溶液的配制中，除了燒杯、玻璃棒、膠頭滴管外，還需要250mL容量瓶，
故答案為：250mL容量瓶；
（6）滴定過程中高錳酸鉀溶液平均消耗體積=$\frac{25ml+25.03ml+24.97ml}{3}$=25mL，
氧化還原反應為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，設亞鐵離子物質的量為x，則
5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
5       1
x     0.1mol/L×0.025L
x=0.0125mol；
c（Fe²⁺）=$\frac{0.0125mol}{0.025L}$=0.5000mol/L；
故答案為：0.5000mol/L．

點評 本題考查了探究物質的含量實驗，滴定實驗的方法和計算，溶液配制方法和儀器的使用方法，根據元素化合物的性質來分析解答即可，難度中等，注意為防止空氣中二氧化碳的干擾．