Question

11．二氧化氯（ClO₂）是一種廣譜、高效的殺菌消毒劑，有與氯氣相似的強烈刺激性氣味，易溶于水，沸點11℃，遇熱不穩定易分解發生爆炸．一種工業制法用硫鐵礦（主要成分為FeS₂）還原氯酸鈉制取二氧化氯，某研究小組在實驗室設計如下裝置制備ClO₂的水溶液．

（1）三頸燒瓶中加入NaClO₃溶液、濃H₂SO₄，通入空氣，調節恒溫器至60℃，通過固體加料器緩慢勻速加入硫鐵礦粉末．反應開始時燒瓶內發生反應的離子方程式如下，請配平該方程式：
15ClO₃^-+1FeS₂+14H⁺=15ClO₂+1Fe³⁺+2SO₄^2-+7H₂O
（2）裝置D的作用是檢驗ClO₂是否吸收完全．
（3）用上述反應完后的廢液（除上述產物外，還有Al³⁺、Mg²⁺、H⁺、Cl^-等）可制備摩爾鹽，即（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O．其操作流程如下：

回答下列問題：
①操作Ⅰ的名稱為：過濾．
②試劑X是Fe，寫出發生的主要反應的離子方程式2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．
③為測定（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O晶體中鐵的含量，某實驗小組做了如下實驗：用電子天平準確稱量5.000g硫酸亞鐵銨晶體，配制成250mL溶液．取所配溶液25.00mL于錐形瓶中，加稀H₂SO₄酸化，用0.01000mol/L KMnO₄溶液滴定至Fe²⁺恰好全部氧化成Fe³⁺，同時，MnO₄^-還原成Mn²⁺．測得消耗KMnO₄溶液的平均體積為21.00mL．則該晶體中鐵的質量分數為11.76%．（保留4位有效數字）

Answer 1

分析 （1）NaClO₃與FeS₂的反應中，氯從+5價變為+4價，鐵從+2價變為+3價，硫從-2價變為+6價，根據化合價升降法結合電荷守恒和元素守恒配平離子方程式；
（2）ClO₂有強氧化性，能使品紅褪色，通過品紅可以判斷ClO₂是否吸收完全；
（3）上述反應完后的廢液主要含有Fe³⁺，還有Al³⁺、Mg²⁺、H⁺、Cl^-等，在廢液中加入過量的鐵粉，將鐵離子還原為亞鐵離子，過濾得濾液，將濾液蒸發濃縮、冷卻結晶，再減壓過濾可得硫酸亞鐵晶體，在硫酸亞鐵晶體加入硫酸銨溶液，再蒸發濃縮、冷卻結晶，再減壓過濾可得（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O晶體，根據電子復件守恒可得關系式5Fe²⁺～MnO₄^-，根據KMnO₄的物質的量可計算出樣品中鐵元素的質量，進而計算鐵元素的質量分數，據此答題．

解答 解：（1）NaClO₃與FeS₂的反應中，氯從+5價變為+4價，鐵從+2價變為+3價，硫從-2價變為+6價，根據化合價升降法結合電荷守恒和元素守恒配平離子方程式為15ClO₃^-+FeS₂+14H⁺=15ClO₂+Fe³⁺+2SO₄^2-+7H₂O，
故答案為：15；1；14；15；1；2；7；
（2）ClO₂有強氧化性，能使品紅褪色，所以裝置D的作用是檢驗ClO₂是否吸收完全，
故答案為：檢驗ClO₂是否吸收完全；
（3）上述反應完后的廢液主要含有Fe³⁺，還有Al³⁺、Mg²⁺、H⁺、Cl^-等，在廢液中加入過量的鐵粉，將鐵離子還原為亞鐵離子，過濾得濾液，將濾液蒸發濃縮、冷卻結晶，再減壓過濾可得硫酸亞鐵晶體，在硫酸亞鐵晶體加入硫酸銨溶液，再蒸發濃縮、冷卻結晶，再減壓過濾可得（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O晶體，根據電子復件守恒可得關系式5Fe²⁺～MnO₄^-，根據KMnO₄的物質的量可計算出樣品中鐵元素的質量，進而計算鐵元素的質量分數，據此答題；
①根據上面的分析可知，操作Ⅰ的名稱為過濾，
故答案為：過濾；
②根據上面的分析可知，試劑X是 Fe，發生的主要反應的離子方程式為2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，
故答案為：Fe；2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
③根據電子復件守恒可得關系式5Fe²⁺～MnO₄^-，反應中消耗的KMnO₄的物質的量為0.01000mol/L×21.00×10^-3 L=2.1×10^-4mol，所以樣品中鐵元素的質量為2.1×10^-4mol×5×$\frac{250}{25}$×56g/mol=0.588g，故鐵元素的質量分數為$\frac{0.588g}{5.000g}$×100%=11.76%，
故答案為：11.76%．

點評 本題考查了物質制備的實驗、實驗步驟、實驗基本操作及化學計算等，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．