Question

20．某化學(xué)研究小組利用如圖裝置探究FeSO₄分解后的產(chǎn)物．

查閱資料得知：SO₃溶于水會形成大量的酸霧，工業(yè)上通常用濃硫酸做為SO₃吸收劑．
實(shí)驗步驟：按圖組裝好儀器（已省略夾持儀器）并檢查裝置的氣密性，準(zhǔn)確稱取m g FeSO₄固體置于硬質(zhì)玻璃管中，將E中的導(dǎo)管撤出水槽，打開活塞K，通入一段時間的N₂，關(guān)閉活塞K．加熱A中的玻璃管一段時間后，將E中導(dǎo)管置于水槽集氣瓶口收集產(chǎn)生的氣體，用帶火星的木條檢驗E中所收集的氣體，帶火星的木條能夠復(fù)燃．待A中固體不再分解后，停止加熱，打開K，緩慢通入氮?dú)庵敛ＡЧ芾鋮s，得到紅棕色粉末．請回答下列問題：
（1）B中濃硫酸的作用是吸收分解產(chǎn)生的SO₃；
（2）實(shí)驗前通入一段時間N₂，目的是排盡裝置中的空氣；FeSO₄完全分解后，還需要通入一段時間N₂，原因是將裝置內(nèi)殘留的氣體排入吸收裝置，使其完全被吸收；
（3）實(shí)驗過程中發(fā)現(xiàn)C中溶液顏色變淺，D中無明顯變化．寫出C中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺；

實(shí)驗	滴定管 開始讀數(shù)	滴定 終點(diǎn)讀數(shù)
1	0	19.98
2	0.10	20.12
3	0	20.16

（4）若C中原先加入了20mL 1.00mol/L的KMnO₄溶液，為了確定FeSO₄分解的化學(xué)方程式，某同學(xué)進(jìn)行了如下實(shí)驗：
I、稱量B裝置在實(shí)驗前后增重0.80g；
II、將實(shí)驗后C中的溶液全部轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，并加水稀釋至刻度線；
III、準(zhǔn)確量取20.00mL溶液至錐形瓶中，加入足量稀硫酸酸化，用0.20mol/L標(biāo)準(zhǔn)H₂C₂O₄溶液滴定至終點(diǎn)；
IV、重復(fù)實(shí)驗3次，記錄數(shù)據(jù)如表
①滴定至終點(diǎn)的現(xiàn)象溶液由紫紅色變?yōu)闊o色且半分鐘不恢復(fù)成紫紅色；
②FeSO₄分解的化學(xué)方程式為8FeSO₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Fe₂O₃+2SO₃↑+6SO₂↑+O₂↑；
（5）請設(shè)計一個實(shí)驗來檢驗A中的FeSO₄是否完全分解將廢液后的固體轉(zhuǎn)移到小燒杯中，加入少量水?dāng)嚢柽^濾，取少量濾液于試管中，加入幾滴K3[Fe（CN）6]溶液，若產(chǎn)生特征藍(lán)色沉淀，說明硫酸亞鐵未全部分解，反之則分解完全．

Answer 1

分析 按圖組裝好儀器（已省略夾持儀器）并檢查裝置的氣密性，準(zhǔn)確稱取m gFeSO₄固體置于硬質(zhì)玻璃管中，將E中的導(dǎo)管撤出水槽，打開活塞K，通入一段時間的N₂，關(guān)閉活塞K．加熱A中的玻璃管一段時間后，將E中導(dǎo)管置于水槽集氣瓶口收集產(chǎn)生的氣體，用帶火星的木條檢驗E中所收集的氣體，帶火星的木條能夠復(fù)燃．證明生成氧氣，待A中固體不再分解后，停止加熱，打開K，緩慢通入氮?dú)庵敛ＡЧ芾鋮s，得到紅棕色粉末說明分解產(chǎn)物中生成氧化鐵，則硫元素化合價一定有降低的生成SO₂，依據(jù)原子守恒和電子守恒分析判斷生成產(chǎn)物中還應(yīng)生成三氧化硫，氣體通過裝置B中濃硫酸吸收三氧化硫，裝置C中高錳酸鉀溶液吸收二氧化硫，裝置D中品紅溶液是驗證二氧化硫是否除凈的裝置，最后裝置E收集素材的氧氣進(jìn)行檢驗，
（1）B中濃硫酸的作用吸收分解產(chǎn)生的SO₃：
（2）裝置內(nèi)空氣會影響測定結(jié)果，需要通入氮?dú)馀啪�空氣，通入一段時間N₂的原因是將裝置內(nèi)殘留的氣體排入吸收裝置完全吸收；
（3）實(shí)驗過程中發(fā)現(xiàn)C中溶液顏色變淺，D中無明顯變化說明出二氧化硫被高錳酸鉀溶液全部吸收發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
（4）①高錳酸鉀溶液呈紫紅色，滴入草酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)終點(diǎn)可以依據(jù)高錳酸鉀溶液顏色判斷；
3組實(shí)驗數(shù)據(jù)誤差較大舍去，依據(jù)1、2組消耗溶液體積=$\frac{19.98+20.12-0.1}{2}$=20ml，n（H₂C₂O₄）=0.20mol/L×0.020L=0.004mol，
2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄═K₂SO₄+2MnSO₄+10CO₂↑+8H₂O
2              5
n           0.040mol
n=0.0016mol，
裝置C中共有剩余高錳酸鉀物質(zhì)的量=0.0016mol×$\frac{100}{20}$=0.008mol，與二氧化硫反應(yīng)的高錳酸鉀物質(zhì)的量=0.020L×1.00mol/L-0.008mol=0.012mol，
5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺，
5              2
n（SO₂） 0.012mol
n（SO₂）=0.03mol
稱量B裝置在實(shí)驗前后增重0.80g為三氧化硫n（SO₃）=$\frac{0.80g}{80g/mol}$=0.01mol
硫元素降低生成二氧化硫電子轉(zhuǎn)移0.03mol×2=0.06mol，
原子守恒得到反應(yīng)的FeSO₄共0.03mol+0.01mol=0.04mol，
2FeSO₄ ～Fe₂O₃～2e-
2 1 2
0.04mol 0.02mol 0.04mol
FeSO₄～O₂～4e-
1                     4
0.005mol    0.02mol
反應(yīng)中FeSO₄：Fe₂O₃：SO_3：SO_2：O₂=0.04：0.002：0.01：0.012：0.005=8：4：2：6：1，
據(jù)此書寫化學(xué)方程式；
（5）檢驗固體中是否有未分解的硫酸亞鐵，設(shè)計實(shí)驗檢驗剩余固體中是否含亞鐵離子，加入幾滴K₃[Fe（CN）₆]溶液，若產(chǎn)生特征藍(lán)色沉淀證明含亞鐵離子．

解答 解：（1）探究FeSO₄分解后的產(chǎn)物依據(jù)分析可知，分解產(chǎn)物中有氧氣、氧化鐵生成，結(jié)合氧化還原反應(yīng)氧元素、鐵元素化合價升高，則硫元素化合價降低生成二氧化硫，原子守恒可得到同時會生成三氧化硫，所以B中濃硫酸的作用吸收分解產(chǎn)生的SO₃，
故答案為：吸收分解產(chǎn)生的SO₃；
（2）實(shí)驗前通入一段時間N₂，目的是排盡裝置中的空氣，F(xiàn)eSO₄完全分解后，還需要通入一段時間N₂，原因是：將裝置內(nèi)殘留的氣體排入吸收裝置，使其完全被吸收，
故答案為：排盡裝置中的空氣；將裝置內(nèi)殘留的氣體排入吸收裝置，使其完全被吸收；
（3）實(shí)驗過程中發(fā)現(xiàn)C中溶液顏色變淺，D中無明顯變化說明出二氧化硫被高錳酸鉀溶液全部吸收，反應(yīng)的離子方程式為：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺，
故答案為：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺；
（4）準(zhǔn)確量取20.00mL溶液至錐形瓶中，加入足量稀硫酸酸化，用0.20mol/L標(biāo)準(zhǔn)H₂C₂O₄溶液滴定至終點(diǎn)，是滴定裝置C中剩余高錳酸鉀，
①高錳酸鉀溶液呈紫紅色，滴入草酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)終點(diǎn)可以依據(jù)高錳酸鉀溶液顏色判斷，滴入最后一滴溶液紫紅色變化為無色且半分鐘無變化證明反應(yīng)達(dá)到終點(diǎn)，
故答案為：溶液由紫紅色變?yōu)闊o色且半分鐘不恢復(fù)成紫紅色；
②3組實(shí)驗數(shù)據(jù)誤差較大舍去，依據(jù)1、2組消耗溶液體積=$\frac{19.98+20.12-0.1}{2}$=20ml，n（H₂C₂O₄）=0.20mol/L×0.020L=0.004mol，
2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄═K₂SO₄+2MnSO₄+10CO₂↑+8H₂O
2                  5
n               0.040mol
n=0.0016mol，
裝置C中共有剩余高錳酸鉀物質(zhì)的量=0.0016mol×$\frac{100}{20}$=0.008mol，與二氧化硫反應(yīng)的高錳酸鉀物質(zhì)的量=0.020L×1.00mol/L-0.008mol=0.012mol，
5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺，
5               2
n（SO₂） 0.012mol
n（SO₂）=0.03mol
稱量B裝置在實(shí)驗前后增重0.80g為三氧化硫n（SO₃）=$\frac{0.80g}{80g/mol}$=0.01mol
硫元素降低生成二氧化硫電子轉(zhuǎn)移0.03mol×2=0.06mol，
原子守恒得到反應(yīng)的FeSO₄共0.03mol+0.01mol=0.04mol，
2FeSO₄ ～Fe₂O₃～2e-
2             1             2
0.04mol   0.02mol   0.04mol
FeSO₄～O₂～4e-
1                    
0.005mol           0.02mol
反應(yīng)中FeSO₄：Fe₂O₃：SO_3：SO_2：O₂=0.04：0.002：0.01：0.012：0.005=8：4：2：6：1
反應(yīng)的化學(xué)方程式為：8FeSO₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Fe₂O₃+2SO₃↑+6SO₂↑+O₂↑，
故答案為：8FeSO₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Fe₂O₃+2SO₃↑+6SO₂↑+O₂↑；
（5）檢驗固體中是否有未分解的硫酸亞鐵，設(shè)計實(shí)驗檢驗剩余固體中是否含亞鐵離子，結(jié)合亞鐵離子的特征檢驗試劑和反應(yīng)現(xiàn)象設(shè)計，具體步驟為：將廢液后的固體轉(zhuǎn)移到小燒杯中，加入少量水?dāng)嚢柽^濾，取少量濾液于試管中，加入幾滴K₃[Fe（CN）₆]溶液，若產(chǎn)生特征藍(lán)色沉淀，說明硫酸亞鐵未全部分解，反之則分解完全，
故答案為：將廢液后的固體轉(zhuǎn)移到小燒杯中，加入少量水?dāng)嚢柽^濾，取少量濾液于試管中，加入幾滴K3[Fe（CN）6]溶液，若產(chǎn)生特征藍(lán)色沉淀，說明硫酸亞鐵未全部分解，反之則分解完全．

點(diǎn)評 本題考查了反應(yīng)產(chǎn)物的分析判斷、實(shí)驗過程中反應(yīng)現(xiàn)象和測定方法、滴定實(shí)驗基本操作和計算，主要是氧化還原反應(yīng)電子守恒的計算和配合化學(xué)方程式，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．