Question

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

稱取2.0g研細(xì)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(yīng)）；反應(yīng)結(jié)束后，每次從錐形瓶中取出25.00mL溶液，用0.23mol/L標(biāo)準(zhǔn)H₂C₂O₄溶液滴定，重復(fù)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(dǎo)氣管末端，關(guān)閉K，微熱石英管，觀察到錐形瓶中有氣泡冒出，冷卻后導(dǎo)管內(nèi)形成一端穩(wěn)定的氣柱．
（2）通入空氣的作用是提供反應(yīng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低．（填“偏高”、“偏低”或“不變”）
（4）滴定時，應(yīng)選擇圖2中的B（填字母序號）盛裝標(biāo)準(zhǔn)H₂C₂O₄溶液，根據(jù)由淺紫色突變?yōu)闊o色且半分鐘內(nèi)不再變色現(xiàn)象來判斷滴定已經(jīng)達(dá)到終點．
（5）滴定過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．
（6）如果黃鐵礦中的硫全部轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)H₂C₂O₄溶液21.73mL，則黃鐵礦樣品中硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是48%．（保留到小數(shù)點后1位）

Answer 1

分析 （1）向錐形瓶中加水浸沒導(dǎo)氣管末端，關(guān)閉K，溶解微熱石英管，根據(jù)錐形瓶中是否有氣泡冒出，及冷卻后導(dǎo)管內(nèi)是否形成一端穩(wěn)定的氣柱判斷該裝置的穩(wěn)定性；
（2）空氣中含有氧氣，空氣還能夠?qū)⑸�成的二氧化硫�?qū)趕到錐形瓶中；
（3）若鼓入的空氣速率過快，導(dǎo)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(yīng)該使用酸式滴定管；滴定結(jié)束前溶液為紫紅色，滴定結(jié)束后變?yōu)闊o色，據(jù)此判斷滴定終點；
（5）草酸與高錳酸根離子、氫離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成錳離子、二氧化碳?xì)怏w和水；
（6）根據(jù)反應(yīng)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(zhì)的量，再計算出100ml溶液中剩余的高錳酸鉀的物質(zhì)的量，從而得出二氧化硫消耗的高錳酸鉀的物質(zhì)的量，再根據(jù)反應(yīng)2KMnO₄+5SO₂+2H₂O=K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄計算出二氧化硫的物質(zhì)的量，根據(jù)S原子守恒計算出樣品中S的質(zhì)量及質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

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(dǎo)氣管末端，關(guān)閉K，微熱石英管，觀察到錐形瓶中有氣泡冒出，冷卻后導(dǎo)管內(nèi)形成一端穩(wěn)定的氣柱，
故答案為：向錐形瓶中加水浸沒導(dǎo)氣管末端，關(guān)閉K，微熱石英管，觀察到錐形瓶中有氣泡冒出，冷卻后導(dǎo)管內(nèi)形成一端穩(wěn)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(yīng)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(yīng)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(dǎo)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(yīng)該選用B盛放草酸溶液；滴定結(jié)束時溶液由淺紫色變?yōu)闊o色，則滴定終點的現(xiàn)象為：由淺紫色突變?yōu)闊o色且半分鐘內(nèi)不再變色，
故答案為：B；由淺紫色突變?yōu)闊o色且半分鐘內(nèi)不再變色；
（5）滴定過程中，酸性高錳酸根離子能夠氧化草酸，反應(yīng)的離子方程式為：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案為：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
（6）0.23mol/L標(biāo)準(zhǔn)H₂C₂O₄溶液21.73mL中含有草酸的物質(zhì)的量為：0.23mol/L×0.02173L=0.0050mol，根據(jù)反應(yīng)5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O可知，0.0050mol草酸完全反應(yīng)消耗高錳酸根離子的物質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)的量為：0.02mol-0.008mol=0.012mol，根據(jù)反應(yīng)2KMnO₄+5SO₂+2H₂O=K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄可知，二氧化硫的物質(zhì)的量為：0.012mol×$\frac{5}{2}$=0.03mol，原樣品中含有S的質(zhì)量為：32g/mol×0.03mol=0.96g，含有硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{0.96g}{2g}$×100%=48%，
故答案為：48%．

點評 本題考查物質(zhì)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(guān)鍵，注意掌握化學(xué)實驗基本操作方法，明確中和滴定原理及操作方法，試題側(cè)重考查學(xué)生靈活應(yīng)用基礎(chǔ)知識的能力．