Question

9．黃鐵礦（主要成分為FeS₂）是我國大多數硫酸廠制取硫酸的主要原料．某化學學習小組對某黃鐵礦石進行如下實驗探究．
[實驗一]測定硫元素的含量
Ⅰ、將m₁ g該黃鐵礦樣品放入如圖所示裝置（夾持和加熱裝置省略）的石英管中，從a處不斷地緩緩通入空氣，高溫灼燒石英管中的黃鐵礦樣品至反應完全．石英管中發生反應的化學方程式為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂

Ⅱ、反應結束后，將乙瓶中的溶液進行如下處理：
[實驗二]測定鐵元素的含量．
Ⅲ、測定鐵元素含量的實驗步驟如圖所示．

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⁺完全轉化為Fe²⁺后，過濾、洗滌③將濾液稀釋至250mL④取稀釋液25.00mL，用濃度 0.100ml/L的酸性KMnO₄溶液滴定
問題討論：
（1）Ⅰ中，甲瓶內所盛試劑是 溶液．乙瓶內發生反應的離子方程式為SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O、2SO₃^2-+O₂=2SO₄^2-．
（2）Ⅱ中，乙瓶加入H₂O₂溶液時反應的離子方程式為SO₃^2-+H₂O₂═SO₄^2-+H₂O．
（3）該黃鐵礦中硫元素的質量分數為$\frac{32m{\;}_{2}}{233m{\;}_{1}}$×100%．
（4）Ⅲ的步驟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．
（5）Ⅲ的步驟④中，表示滴定已達終點的現象是最后一滴高錳酸鉀溶液滴入時，溶液顏色突變為紫色，且在30s內不變色
（6）Ⅲ的步驟④進行了三次平行實驗，測得消耗KMnO₄溶液體積分別為24.98mL、24.80mL、25.02mL（KMnO₄被還原為Mn²⁺）．根據上述數據，可計算出該黃鐵礦樣品鐵元素的質量分數為$\frac{7}{m{\;}_{1}}$．

Answer 1

分析 （1）為防止最后乙溶液中混有BaCO₃沉淀而影響實驗結果，應將空氣中的二氧化碳除去，所以甲裝置中可用NaOH溶液，過量NaOH溶液與SO₂反應生成SO₃^2-和H₂O，亞硫酸根離子能被氧氣氧化生成硫酸根離子；
（2）過氧化氫具有強氧化性，將亞硫酸根離子氧化為硫酸根，同時生成水；
（3）最終得到的沉淀為硫酸鋇，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）配制250ml一定物質的量濃度的溶液需要燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、量筒、250ml容量瓶等儀器；
（5）最后一滴高錳酸鉀溶液滴入時，溶液顏色突變為紫色，且在30s內不變色，說明滴定到達終點；
（6）令硫鐵礦中鐵元素的質量分數為a，根據關系式MnO₄^-～5Fe²⁺～5Fe計算硫鐵礦中鐵元素的質量分數．

解答 解：（1）為防止最后乙溶液中混有BaCO₃沉淀而影響實驗結果，應將空氣中的二氧化碳除去，所以甲裝置中可用NaOH溶液，過量NaOH溶液與SO₂反應生成SO₃^2-和H₂O，亞硫酸根離子能被氧氣氧化生成硫酸根離子，乙中反應離子方程式為SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O\2SO₃^2-+O₂=2SO₄^2-，
故答案為：NaOH；SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O、2SO₃^2-+O₂=2SO₄^2-；
（2）過氧化氫具有強氧化性，將亞硫酸根離子氧化為硫酸根，同時生成水，反應離子方程式為：SO₃^2-+H₂O₂═SO₄^2-+H₂O，
故答案為：SO₃^2-+H₂O₂═SO₄^2-+H₂O；
（3）根據硫元素守恒，m₁gFeS₂中的硫元素最終全部生成BaSO₄，則有n（BaSO₄）=$\frac{m{\;}_{2}}{233}$mol，所以n（S）=$\frac{m{\;}_{2}}{233}$mol，所以黃鐵礦中硫元素的質量分數為：$\frac{\frac{{m}_{2}}{233}mol×32g/mol}{m{\;}_{1}}$×100%=$\frac{32m{\;}_{2}}{233m{\;}_{1}}$×100%，
故答案為：$\frac{32m{\;}_{2}}{233m{\;}_{1}}$×100%；
（4）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；
（5）最后一滴高錳酸鉀溶液滴入時，溶液顏色突變為紫色，且在30s內不變色，說明滴定到達終點，
故答案為：最后一滴高錳酸鉀溶液滴入時，溶液顏色突變為紫色，且在30s內不變色；
（6）令硫鐵礦中鐵元素的質量分數為a，則：
               MnO₄^-～5Fe²⁺～5Fe
               1mol         5×56g
0.1mol/L×25×10^-3L×10       m₁a g
所以1mol：0.1mol/L×25×10^-3L×10=5×56g：m₁a g
解得a=$\frac{7}{m{\;}_{1}}$，
故答案為：$\frac{7}{m{\;}_{1}}$．

點評 本題考查物質成分和含量的測定，涉及常用化學用語、溶液的配制、氧化還原滴定、化學計算等，具有較強的綜合性，計算時注意從質量守恒與關系式的角度分析．