Question

9．黃鐵礦（主要成分為FeS₂）是我國(guó)大多數(shù)硫酸廠制取硫酸的主要原料．某化學(xué)學(xué)習(xí)小組對(duì)某黃鐵礦石進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)探究．
[實(shí)驗(yàn)一]測(cè)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?fù)ㄈ肟諝�，高溫灼燒石英管中的黃鐵礦樣品至反應(yīng)完全．石英管中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂

Ⅱ、反應(yīng)結(jié)束后，將乙瓶中的溶液進(jìn)行如下處理：
[實(shí)驗(yàn)二]測(cè)定鐵元素的含量．
Ⅲ、測(cè)定鐵元素含量的實(shí)驗(yàn)步驟如圖所示．

①用足量稀硫酸溶解石英管中的固體殘?jiān)�②加還原劑使溶液中的Fe³⁺完全轉(zhuǎn)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?jī)?nèi)所盛試劑是 溶液．乙瓶?jī)?nèi)發(fā)生反應(yīng)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(shí)反應(yīng)的離子方程式為SO₃^2-+H₂O₂═SO₄^2-+H₂O．
（3）該黃鐵礦中硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(dá)終點(diǎn)的現(xiàn)象是最后一滴高錳酸鉀溶液滴入時(shí)，溶液顏色突變?yōu)樽仙�，且�?0s內(nèi)不變色
（6）Ⅲ的步驟④進(jìn)行了三次平行實(shí)驗(yàn)，測(cè)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(jù)上述數(shù)據(jù)，可計(jì)算出該黃鐵礦樣品鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(shí)驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)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(yīng)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(qiáng)氧化性，將亞硫酸根離子氧化為硫酸根，同時(shí)生成水；
（3）最終得到的沉淀為硫酸鋇，根據(jù)硫原子守恒計(jì)算硫鐵礦中硫的質(zhì)量，從而計(jì)算其質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（4）配制250ml一定物質(zhì)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(shí)，溶液顏色突變?yōu)樽仙�，且�?0s內(nèi)不變色，說明滴定到達(dá)終點(diǎn)；
（6）令硫鐵礦中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為a，根據(jù)關(guān)系式MnO₄^-～5Fe²⁺～5Fe計(jì)算硫鐵礦中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）為防止最后乙溶液中混有BaCO₃沉淀而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(qiáng)氧化性，將亞硫酸根離子氧化為硫酸根，同時(shí)生成水，反應(yīng)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(jù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)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(shí)，溶液顏色突變?yōu)樽仙�，且�?0s內(nèi)不變色，說明滴定到達(dá)終點(diǎn)，
故答案為：最后一滴高錳酸鉀溶液滴入時(shí)，溶液顏色突變?yōu)樽仙�，且�?0s內(nèi)不變色；
（6）令硫鐵礦中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)成分和含量的測(cè)定，涉及常用化學(xué)用語、溶液的配制、氧化還原滴定、化學(xué)計(jì)算等，具有較強(qiáng)的綜合性，計(jì)算時(shí)注意從質(zhì)量守恒與關(guān)系式的角度分析．