Question

7．某研究小組模擬工業上以黃鐵礦為原料制備硫酸的第一步反應：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，進行圖1實驗，并測定該樣品中FeS₂樣品的純度（假設其它雜質不參與反應）．

實驗步驟：稱取研細的樣品4.000g放入圖1b裝置中，然后在空氣中進行煅燒．為測定未反應高錳酸鉀的量（假設其溶液體積保持不變），實驗完成后取出d中溶液10mL置于錐形瓶里，用0.1000mol/L草酸（H₂C₂O₄）標準溶液進行滴定．（已知：5SO₂+2KMnO₄+2H₂O═K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄）
請回答下列問題：
（1）稱量樣品質量能否用托盤天平不能（填“能”或“不能”）；
（2）裝置a的作用是干燥空氣，觀察氣體流速；
（3）上述反應結束后，仍需通一段時間的空氣，其目的是促進裝置中的二氧化硫氣體全部吸收；
（4）滴定時，發生反應的離子方程式為2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，已知滴定管初讀數為0.10mL，末讀數如圖2所示，消耗草酸溶液的體積為15.00mL；
（5）該樣品中FeS₂的純度為90%；
（6）若用圖3裝置替代圖1實驗裝置d，同樣可以達到實驗目的是②．（填編號）

Answer 1

分析 （1）稱取研細的樣品4.000g，由質量的精確度可知不能用托盤天平來稱量；
（2）裝置a為除去空氣中的水蒸氣避免影響測定結果，同時可以觀察氣體流速控制反應進行的速率；
（3）繼續通入空氣目的是把裝置中的二氧化硫氣體全部趕出完全吸收；
（4）草酸被高錳酸鉀溶液氧化為二氧化碳，高錳酸鉀被還原為錳離子；依據滴定管的結構，利用開始和結束的體積差值計算得到消耗草酸溶液的體積；
（5）依據灼燒反應和滴定反應的定量關系計算硫化亞鐵的質量分數；
（6）裝置d是用于吸收并測定產物中二氧化硫的含量，根據二氧化硫的化學性質進行判斷．

解答 解：（1）稱取研細的樣品4.000g，由質量的精確度可知不能用托盤天平來稱量，托盤天平的精確度為0.1g，
故答案為：不能；
（2）分析裝置圖可知為準確測定樣品中FeS₂樣品的純度，利用空氣中的氧氣氧化硫化亞鐵反應生成二氧化硫被高錳酸鉀溶液吸收后，用草酸滴定計算，過程中空氣中的水蒸氣會干擾測定，需要通過濃硫酸除去，所以裝置 a的作用是干燥或除去水蒸氣，同時根據氣泡冒出觀察氣體流速，
故答案為：干燥空氣，觀察氣體流速；
（3）繼續通入空氣目的是把裝置中的二氧化硫氣體全部趕出完全吸收，減少誤差，
故答案為：促進裝置中的二氧化硫氣體全部吸收；
（4）草酸被高錳酸鉀溶液氧化為二氧化碳，高錳酸鉀被還原為錳離子，反應的離子方程式為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，依據滴定管的結構，利用開始和結束的體積差值計算得到消耗草酸溶液的體積為：15.10mL-0.10mL=15.00mL，
故答案為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
（5）依據反應的離子方程式計算與二氧化硫反應的高錳酸鉀物質的量，得到二氧化硫的物質的量，結合元素守恒計算硫化亞鐵的質量分數，結合反應的離子方程式計算得到：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，100mL溶液中剩余高錳酸鉀物質的量為：$\frac{2}{5}$×0.01500L×0.1000mol/L×10=0.006mol，與二氧化硫反應的高錳酸鉀物質的量為：0.3000mol/L×0.1000L-0.006mol=0.024mol，結合反應5SO₂+2KMnO₄+2H₂O═K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄可得：
5FeS₂～10SO₂～4KMnO₄
5 4
n（FeS₂） 0.024mol
n（FeS₂）=0.03mol
樣品中FeS₂的純度為：$\frac{0.03mol×120g/mol}{4.000g}$×100%=90%，
故答案為：90%；
（6）圖3中，只有②能夠與二氧化硫反應生成硫酸鋇沉淀，可以替代裝置d；而①無法吸收二氧化硫，③中空氣不溶于水，干擾了二氧化硫的測定，
故答案為：②．

點評 本題考查了物質組成的實驗探究方法分析，題目難度中等，理解反應原理和滴定實驗的計算是解題關鍵，試題充分考查學生的分析、理解能力及化學實驗能力．