Question

13．黃鐵礦是工業上制取硫酸的主要原料，其主要成分為FeS₂，含少量雜質（雜質不含S元素，且高溫下不反應）．某化學興趣小組用下列裝置如圖1測定黃鐵礦中硫元素的質量分數．

稱取2.0g研細的黃鐵礦樣品，將樣品放入石英管中，緩慢鼓入空氣，再加熱石英管至800～850℃；錐形瓶中盛裝100mL 0.2mol/L酸性KMnO₄溶液用于吸收SO₂（忽略SO₂、H₂SO₃與氧氣反應）；反應結束后，每次從錐形瓶中取出25.00mL溶液，用0.23mol/L標準H₂C₂O₄溶液滴定，重復三次．已知：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；2KMnO₄+5SO₂+2H₂O═K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄請回答下列問題：
（1）連接好裝置，檢查裝置氣密性的操作是向錐形瓶中加水浸沒導氣管末端，關閉K，微熱石英管，觀察到錐形瓶中有氣泡冒出，冷卻后導管內形成一端穩定的氣柱
（2）通入空氣的作用是提供反應所需O₂，將生成的SO₂全部趕入錐形瓶中．
（3）若實驗過程中鼓入空氣的速率過快，則測得的硫元素的質量分數偏低．（填“偏高”、“偏低”或“不變”）
（4）滴定時，應選擇圖2中的B（填字母序號）盛裝標準H₂C₂O₄溶液，根據由淺紫色突變為無色且半分鐘內不再變色現象來判斷滴定已經達到終點．
（5）如果黃鐵礦中的硫全部轉化為SO₂，且被酸性KMnO₄溶液完全吸收，滴定操作中，平均耗用0.23mol/L標準H₂C₂O₄溶液21.73mL，則黃鐵礦樣品中硫元素的質量分數是48%．（保留到小數點后1位）

Answer 1

分析 （1）向錐形瓶中加水浸沒導氣管末端，關閉K，溶解微熱石英管，根據錐形瓶中是否有氣泡冒出，及冷卻后導管內是否形成一端穩定的氣柱判斷該裝置的穩定性；
（2）空氣中含有氧氣，空氣還能夠將生成的二氧化硫驅趕到錐形瓶中；
（3）若鼓入的空氣速率過快，導致二氧化硫沒有完全被酸性高錳酸鉀溶液吸收；
（4）A為堿式滴定管，B為酸式滴定管，草酸為酸性溶液，應該使用酸式滴定管；滴定結束前溶液為紫紅色，滴定結束后變為無色，據此判斷滴定終點；
（5）根據反應5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O及草酸的量計算出25mL溶液中剩余的高錳酸鉀的物質的量，再計算出100ml溶液中剩余的高錳酸鉀的物質的量，從而得出二氧化硫消耗的高錳酸鉀的物質的量，再根據反應2KMnO₄+5SO₂+2H₂O=K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄計算出二氧化硫的物質的量，根據S原子守恒計算出樣品中S的質量及質量分數．

解答 解：（1）連接好裝置，檢查裝置氣密性的方法為：向錐形瓶中加水浸沒導氣管末端，關閉K，微熱石英管，觀察到錐形瓶中有氣泡冒出，冷卻后導管內形成一端穩定的氣柱，
故答案為：向錐形瓶中加水浸沒導氣管末端，關閉K，微熱石英管，觀察到錐形瓶中有氣泡冒出，冷卻后導管內形成一端穩定的氣柱；
（2）煅燒黃鐵礦時需要氧氣，則通入空氣的目的是提供反應需要的氧氣，另外通入空氣后還可以將生成的二氧化硫完全趕入錐形瓶中，從而減小實驗誤差，
故答案為：提供反應所需O₂，將生成的SO₂全部趕入錐形瓶中；
（3）若實驗過程中鼓入空氣的速率過快，會導致部分二氧化硫沒有被酸性高錳酸鉀溶液吸收，則測得的硫元素的質量分數會偏低，
故答案為：偏低；
（4）草酸顯示酸性，需要選用酸式滴定管盛放，即應該選用B盛放草酸溶液；滴定結束時溶液由淺紫色變為無色，則滴定終點的現象為：由淺紫色突變為無色且半分鐘內不再變色，
故答案為：B；由淺紫色突變為無色且半分鐘內不再變色；
（5）0.23mol/L標準H₂C₂O₄溶液21.73mL中含有草酸的物質的量為：0.23mol/L×0.02173L=0.0050mol，根據反應5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O可知，0.0050mol草酸完全反應消耗高錳酸根離子的物質的量為：0.0050mol×$\frac{2}{5}$=0.002mol，
原100mL滴定后的高錳酸鉀溶液中含有高錳酸鉀的物質的量為：0.002mol×$\frac{100ml}{25ml}$=0.008mol，
100mL 0.2mol/L酸性KMnO₄溶液中含有高錳酸鉀的物質的量為：0.2mol/L×0.1L=0.02mol，則二氧化硫消耗的高錳酸鉀的物質的量為：0.02mol-0.008mol=0.012mol，根據反應2KMnO₄+5SO₂+2H₂O=K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄可知，二氧化硫的物質的量為：0.012mol×$\frac{5}{2}$=0.03mol，原樣品中含有S的質量為：32g/mol×0.03mol=0.96g，含有硫元素的質量分數為：$\frac{0.96g}{2g}$×100%=48%，
故答案為：48%．

點評 本題考查物質組成及含量的測定方法，題目難度較大，明確測定原理為解答關鍵，注意掌握化學實驗基本操作方法，明確中和滴定原理及操作方法，試題側重考查學生靈活應用基礎知識的能力．