Question

11．在高溫時(shí)硫鐵礦（主要成分FeS₂）和氧氣反應(yīng)生成三氧化二鐵和二氧化硫（假設(shè)硫鐵礦中的雜質(zhì)不參與反應(yīng)）．某化學(xué)研究小組對(duì)硫鐵礦樣品進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)探究：
【實(shí)驗(yàn)一】測(cè)定硫元素的含量
實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示（夾持和加熱裝置已省略）．A中的試劑是雙氧水，將m g該硫鐵礦樣品放人硬質(zhì)玻璃管D中．從A向B中逐滴滴加液體，使氣體發(fā)生裝置不斷地緩緩產(chǎn)生氣體，高溫灼燒硬質(zhì)玻璃管D中的硫鐵礦樣品至反應(yīng)完全．

II．反應(yīng)結(jié)束后，將E瓶中的溶液進(jìn)行如圖2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)步驟如下：
1用足量稀硫酸溶解已冷卻的硬質(zhì)玻璃管D中的固體，過濾，得到濾液A；
2在濾液A中加入過量的還原劑使溶液中的Fe³⁺完全轉(zhuǎn)化為Fe²⁺，過濾，得到濾液B；
3將濾液B稀釋為250mL；
4取稀釋液25.00mL，用濃度為c mol/L的酸性KMnO₄溶液滴定，三次滴定實(shí)驗(yàn)所需KMnO₄溶液體積的平均值為V mL．
已知：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
請(qǐng)根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)，回答下列問題：
（1）I中裝置C中盛裝的試劑是_濃硫酸；E瓶的作用是_吸收二氧化硫．
（2）11中加入過量H₂O₂溶液發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為H₂O₂+SO₃^2-═SO₄^2-+H₂O．
（3）111的步驟③中，將濾液B稀釋為250mL需要用到的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒、膠頭滴管外，還必須要用到的是250mL容量瓶；④中盛裝KMnO₃溶液的儀器是_酸式滴定管．
（4）假設(shè)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中鐵元素都沒有損失；鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{2.8cV}{{m}_{1}}$×100%．（用含m₁、c、v的代數(shù)式表示）

Answer 1

分析 （1）裝置中生成的氧氣含有水蒸氣需要在通入玻璃管前除去水蒸氣，選用濃硫酸進(jìn)行干燥；鐵礦石和氧氣反應(yīng)生成氧化鐵和二氧化硫，E裝置是吸收二氧化硫氣防止污染環(huán)境；
（2）Ⅱ中加入過量H₂O₂溶液發(fā)生的反應(yīng)是過氧化氫氧化亞硫酸根離子生成硫酸根離子，過氧化氫被還原為水；
（3）依據(jù)配制一定體積溶液的操作步驟分析，需要在250mL容量瓶中配制，高錳酸鉀溶液具有強(qiáng)氧化性需要盛在酸式滴定管中；
（4）樣品質(zhì)量為m₁g，依據(jù)流程分析可知得到硫酸鋇沉淀為m₂g，依據(jù)硫元素守恒計(jì)算硫元素質(zhì)量得到硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；依據(jù)滴定實(shí)驗(yàn)消耗的高錳酸鉀物質(zhì)的量結(jié)合反應(yīng)的定量關(guān)系計(jì)算亞鐵離子物質(zhì)的量，依據(jù)鐵元素守恒得到樣品中含有的鐵元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

解答 解：（1）裝置中生成的氧氣含有水蒸氣需要在通入玻璃管前除去水蒸氣，選用濃硫酸進(jìn)行干燥；鐵礦石和氧氣反應(yīng)生成氧化鐵和二氧化硫，E裝置是吸收二氧化硫氣防止污染環(huán)境；
故答案為：濃硫酸，吸收二氧化硫；
（2）Ⅱ中加入過量H₂O₂溶液發(fā)生的反應(yīng)是過氧化氫氧化亞硫酸根離子生成硫酸根離子，過氧化氫被還原為水，反應(yīng)的離子方程式為：H₂O₂+SO₃^2-═SO₄^2-+H₂O；
故答案為：H₂O₂+SO₃^2-═SO₄^2-+H₂O；
（3）依據(jù)配制一定體積溶液的操作步驟分析，需要在250mL容量瓶中配制，高錳酸鉀溶液具有強(qiáng)氧化性需要盛在酸式滴定管中；
故答案為：250mL容量瓶，酸式滴定管；
（4）樣品質(zhì)量為m₁g，依據(jù)流程分析可知得到硫酸鋇沉淀為m₂g，硫元素物質(zhì)的量=硫酸鋇物質(zhì)的量=$\frac{{m}_{2}g}{233g/mol}$=$\frac{{m}_{2}}{233}$mol；依據(jù)硫元素守恒計(jì)算硫元素質(zhì)量得到硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{\frac{{m}_{2}}{233}mol×32g/mol}{{m}_{1}g}$×100%=$\frac{32{m}_{2}}{233{m}_{1}}$100%；
依據(jù)滴定實(shí)驗(yàn)消耗的高錳酸鉀物質(zhì)的量結(jié)合反應(yīng)的定量關(guān)系計(jì)算亞鐵離子物質(zhì)的量，反應(yīng)的離子方程式為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；
設(shè)亞鐵離子物質(zhì)的量為X，
25mL溶液消耗高錳酸鉀物質(zhì)的量=c mol/L×Vml×10^-3L/mol=cV×10^-3mol
5Fe²⁺～MnO₄^-
5       1
X       cV×10^-3mol
X=5cV×10^-3mol
所以250mL溶液中含鐵元素物質(zhì)的量5cV×10^-2mol
依據(jù)鐵元素守恒得到樣品中含有的鐵元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{5cV×1{0}^{-2}mol×56g/mol}{{m}_{1}g}$×100%=$\frac{2.8cV}{{m}_{1}}$×100%
故答案為：$\frac{2.8cV}{{m}_{1}}$×100%；

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)探究方法和實(shí)驗(yàn)分析判斷，過程中的定量計(jì)算關(guān)系是解題關(guān)鍵，題目難度中等．