Question

【題目】實驗室模擬用工業(yè)廢棄固體(含有Cu2S、Al2O3、Fe2O3、SiO2等)制取粗銅、綠礬(FeSO4·7H2O)和明礬[KAl(SO4)2·12H2O]的操作流程如下：

（1）試劑X是________________________________________(寫化學(xué)式)。

（2）配平下列方程式：

______MnO4-＋______SO2＋______H2O===______Mn2＋＋______SO42-＋______H＋______________

（3）為了分析產(chǎn)品(綠礬)中鐵元素的含量，某同學(xué)稱取20.0 g樣品配成100 mL溶液，移取至錐形瓶中，用1.000×10－1 mol·L－1的KMnO4標準溶液進行滴定(MnO被還原為Mn2＋)。若兩者正好反應(yīng)時消耗KMnO4標準溶液的體積為100.00 mL，則該產(chǎn)品中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)為___________。（寫出解題過程）

Answer 1

【答案】H2SO4(或KHSO4) 2；5；2；2；5；4； 根據(jù)電子守恒可得到關(guān)系式：MnO4-5Fe2+可知：

n(Fe2+) = 5c(MnO4-)V(MnO4-) =51.000×10－1 mol·L－10.1 L = 0.05 mol，

故綠礬產(chǎn)品中鐵元素的質(zhì)量為m = n(Fe2+)M(Fe2+) = 0.05 mol56 g/mol = 2.8 g，則該產(chǎn)品中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)w = 100% = 14%，

答：該產(chǎn)品中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)為14%。

【解析】

加入KOH溶液以后，只有Al2O3會與KOH反應(yīng)生成KAlO2和水，則可推出溶液B的溶質(zhì)主要為KAlO2和過量的KOH，采用逆推法，最終產(chǎn)物為明礬（KAl(SO4)2·12H2O），可推出試劑X為H2SO4(或KHSO4)；

（2）MnO4-轉(zhuǎn)化為Mn2＋，其中Mn元素降低5價，SO2轉(zhuǎn)化為SO42-，S元素升高2價，根據(jù)最小公倍法配平電子轉(zhuǎn)移數(shù)，再結(jié)合電荷守恒與原子守恒完成該氧化還原反應(yīng)的配平即可。

（3）氧化還原反應(yīng)的計算原則是電子得失總數(shù)相等，得出KMnO4與Fe2+的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)公式n = cV = 推出鐵元素的質(zhì)量，進而求出該產(chǎn)品中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)。

廢棄固體主要成分Cu2S和Fe2O3、SiO2等，灼燒廢氣固體發(fā)生反應(yīng)Cu2S+2O2SO2+2CuO，所以氣體A是SO2，固體A是CuO、Fe2O3、SiO2和Al2O3，加入KOH溶液以后，只有Al2O3會與KOH反應(yīng)生成KAlO2和水，則可推出固體B為CuO、Fe2O3和SiO2，溶液B的溶質(zhì)主要為KAlO2和過量的KOH，采用逆推法，要想得到明礬（KAl(SO4)2·12H2O），溶液C中溶質(zhì)為KAl(SO4)2，由KAlO2轉(zhuǎn)化為KAl(SO4)2，可推出試劑X為H2SO4(或KHSO4)，

故答案為：H2SO4(或KHSO4)；

（2）MnO4-轉(zhuǎn)化為Mn2＋，其中Mn元素降低5價，SO2轉(zhuǎn)化為SO42-，S元素升高2價，故方程式中的MnO4- 與Mn2＋化學(xué)計量數(shù)為2，SO2與SO42-前面的化學(xué)計量數(shù)為5，再結(jié)合高錳酸鉀存在于酸性溶液中，根據(jù)電荷守恒規(guī)律與原子守恒規(guī)律配平得：2MnO4-＋5O2＋2H2O===2Mn2＋＋5O42-＋4H＋，

故答案為：2；5；2；2；5；4；

（3）根據(jù)電子守恒可得到關(guān)系式：MnO4-5Fe2+可知：

n(Fe2+) = 5c(MnO4-)V(MnO4-) =51.000×10－1 mol·L－10.1 L = 0.05 mol，

故綠礬產(chǎn)品中鐵元素的質(zhì)量為m = n(Fe2+)M(Fe2+) = 0.05 mol56 g/mol = 2.8 g，則該產(chǎn)品中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)w = 100% = 14%，

答：該產(chǎn)品中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)為14%。