Question

9．氯化鐵是一種重要的鐵鹽，廣泛用于造紙、印染等污染處理．
【物質制備】某興趣小組同學查找到以黃鐵礦（主要成分是二硫化亞鐵，化學式為FeS₂）為主要原料制備氯化鐵晶體的工業(yè)生產過程（圖1）：

（1）黃鐵礦是混合物（填“純凈”或“混合”），其中二硫化亞鐵中鐵元素的化合價為+2．
+2
（2）焙燒過程主要發(fā)生以下化學反應，配平化學方程式：4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂
（3）該過程產生的尾氣中含有HCl等氣體，可用NaOH溶液來吸收（填化學式）．
【含量測定】在上述流程中產生的SO₂氣體可用于工業(yè)上生產硫酸，該興趣小組的同學為測定某黃鐵礦中硫元素的含量進行了如下的實驗探究．
已知二氧化硫與氫氧化鈉反應生成的亞硫酸鈉能被過氧化氫氧化成硫酸鈉．（假設每步反應均完全，不考慮裝置內原有空氣對測定結果的影響）
甲、乙二個實驗小組均設計了下列裝置，稱取了m₁ g黃鐵礦樣品，將樣品放入如圖2所示的硬質粗玻璃管中，從a處不斷地緩緩通入空氣，高溫灼燒玻璃管中的黃鐵礦樣品至反應完全．
甲組同學僅稱量了上述實驗所需要的相關裝置質量后即完成了測定．
乙組同學則在上述反應結束后，將C瓶中的溶液進行了如圖3處理：
【問題討論】：
（4）上述裝置中A瓶內所盛的試劑最好是氫氧化鈉溶液，其作用是吸收空氣中的CO₂．A、B裝置能否對調位置？否（填“能”或“否”）
（5）氣體進入C瓶后，C瓶中發(fā)生反應的化學方程式為SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O．
（6）甲組同學應稱量的數(shù)據是②④（填編號）．
①反應前C裝置及其中物質總質量m₂ g
②反應前C、D裝置及其中物質總質量m₃ g
③反應后C裝置及其中物質總質量m₄ g
④反應后C、D裝置及其中物質總質量m₅ g
（7）根據（6）中所選數(shù)據，甲組同學測得的該黃鐵礦中硫元素的質量分數(shù)的表達式為$\frac{{m}_{5}-{m}_{3}}{2{m}_{1}}$．
（8）乙組同學最終得到的固體的化學式為BaSO₄，檢驗所加BaCl₂溶液是否過量的方法是靜置，在上層清液再加BaCl₂溶液，若無沉淀產生，則已過量，乙組的實驗過程中洗滌濾渣的目的是除去沉淀表面的可溶性雜質，若未洗滌就直接烘干稱量，則會使測定結果偏大（填“偏大、偏小或不變”），檢驗濾渣是否洗凈所用試劑是硝酸銀或碳酸鈉、硫酸鈉溶液，該小組測定的硫元素的質量分數(shù)的表達式為$\frac{32{m}_{6}}{233{m}_{1}}$．

Answer 1

分析 （1）根據黃鐵礦的主要成分是二硫化亞鐵，二硫化亞鐵中的鐵是亞鐵進行分析；
（2）根據質量守恒定律進行分析；
（3）根據酸性氣體可以用堿性液體來吸收進行分析；
（4）根據A瓶的作用是除去空氣中的二氧化碳進行分析；
（5）根據二氧化硫和氫氧化鈉反應會生成亞硫酸鈉和水進行分析；
（6）根據C、D中增加的質量是反應生成的二氧化硫，然后結合樣品的質量即可求出硫元素的質量分數(shù)進行分析；
（7）根據二氧化硫中硫元素的質量分數(shù)可以計算生成的二氧化硫中硫的質量，再計算黃鐵礦中硫元素的質量分數(shù)；
（8）根據過氧化氫有強氧化性，會將亞硫酸鈉氧化成硫酸鈉，硫酸鈉和氯化鋇會生成硫酸鋇沉淀，再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(shù)．

解答 解：（1）黃鐵礦的主要成分是二硫化亞鐵，所以黃鐵礦是混合物，F(xiàn)eS₂名稱為二硫化亞鐵中鐵元素是亞鐵，所以鐵元素的化合價是+2價；
（2）通過質量守恒定律可知，在化學反應前后，原子的數(shù)目不變，所以經過配平后的方程式為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
（3）尾氣中含有HCl等氣體，可用堿性液體吸收，如NaOH；
（4）通過分析可知，A瓶的作用是除去空氣中的二氧化碳，可以是氫氧化鈉溶液，A、B不能顛倒，否則不能將二氧化碳和水蒸氣除去，對后面的實驗結果造成影響；
（5）二氧化硫和氫氧化鈉反應會生成亞硫酸鈉和水，化學方程式為：SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O；
（6）通過分析可知，C、D中增加的質量是反應生成的二氧化硫，知道了二氧化硫的質量，再結合樣品的質量即可求出硫元素的質量分數(shù)，所以應稱量的數(shù)據是：②④；
（7）二氧化硫中硫元素的質量分數(shù)為：50%，所以根據（6）中所選數(shù)據，甲組同學測得的該黃鐵礦中硫元素的質量分數(shù)的表達式為：$\frac{{m}_{5}-{m}_{3}}{2{m}_{1}}$；
（8）過氧化氫有強氧化性，會將亞硫酸鈉氧化成硫酸鈉，硫酸鈉和氯化鋇會生成硫酸鋇沉淀，所以乙組同學最終得到的固體的化學式為：BaSO₄，檢驗所加BaCl₂溶液是否過量的方法是：靜置，在上層清液再加氯化鋇溶液，若無沉淀產生，則已過量，乙組的實驗過程中洗滌濾渣的目的是：除去沉淀表面的可溶性雜質，若未洗滌就直接烘干稱量，則會使測定結果偏大，檢驗濾渣是否洗凈所用試劑可以是硝酸銀或碳酸鈉、硫酸鈉溶液，硫原子守恒計算硫鐵礦中硫的質量，其中BaSO₄，的質量為m₆g，所以該小組測定的硫元素的質量分數(shù)的表達式為：$\frac{32{m}_{6}}{233{m}_{1}}$．
故答案為：（1）混合，+2；
（2）4  11  2  8；
（3）NaOH；
（4）NaOH，吸收空氣中的CO₂，否；
（5）SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O；
（6）②④；
（7）$\frac{{m}_{5}-{m}_{3}}{2{m}_{1}}$；
（8）BaSO₄；靜置，在上層清液再加BaCl₂溶液，若無沉淀產生，則已過量；除去沉淀表面的可溶性雜質；偏大；硝酸銀或碳酸鈉、硫酸鈉；$\frac{32{m}_{6}}{233{m}_{1}}$．

點評 本題考查物質成分和含量的測定，涉及儀器選用、誤差分析、質量分數(shù)計算等知識，具有較強的綜合性，解題時注意從質量守恒的角度分析，本題難度中等．