Question

11．二氧化氯（ClO₂）是一種廣譜、高效的殺菌消毒劑，有與氯氣相似的強(qiáng)烈刺激性氣味，易溶于水，沸點(diǎn)11℃，遇熱不穩(wěn)定易分解發(fā)生爆炸．一種工業(yè)制法用硫鐵礦（主要成分為FeS₂）還原氯酸鈉制取二氧化氯，某研究小組在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)如下裝置制備ClO₂的水溶液．

（1）三頸燒瓶中加入NaClO₃溶液、濃H₂SO₄，通入空氣，調(diào)節(jié)恒溫器至60℃，通過(guò)固體加料器緩慢勻速加入硫鐵礦粉末．反應(yīng)開(kāi)始時(shí)燒瓶?jī)?nèi)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式如下，請(qǐng)配平該方程式：
15ClO₃^-+1FeS₂+14H⁺=15ClO₂+1Fe³⁺+2SO₄^2-+7H₂O
（2）裝置D的作用是檢驗(yàn)ClO₂是否吸收完全．
（3）用上述反應(yīng)完后的廢液（除上述產(chǎn)物外，還有Al³⁺、Mg²⁺、H⁺、Cl^-等）可制備摩爾鹽，即（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O．其操作流程如下：

回答下列問(wèn)題：
①操作Ⅰ的名稱為：過(guò)濾．
②試劑X是Fe，寫(xiě)出發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．
③為測(cè)定（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O晶體中鐵的含量，某實(shí)驗(yàn)小組做了如下實(shí)驗(yàn)：用電子天平準(zhǔn)確稱量5.000g硫酸亞鐵銨晶體，配制成250mL溶液．取所配溶液25.00mL于錐形瓶中，加稀H₂SO₄酸化，用0.01000mol/L KMnO₄溶液滴定至Fe²⁺恰好全部氧化成Fe³⁺，同時(shí)，MnO₄^-還原成Mn²⁺．測(cè)得消耗KMnO₄溶液的平均體積為21.00mL．則該晶體中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.76%．（保留4位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）NaClO₃與FeS₂的反應(yīng)中，氯從+5價(jià)變?yōu)?4價(jià)，鐵從+2價(jià)變?yōu)?3價(jià)，硫從-2價(jià)變?yōu)?6價(jià)，根據(jù)化合價(jià)升降法結(jié)合電荷守恒和元素守恒配平離子方程式；
（2）ClO₂有強(qiáng)氧化性，能使品紅褪色，通過(guò)品紅可以判斷ClO₂是否吸收完全；
（3）上述反應(yīng)完后的廢液主要含有Fe³⁺，還有Al³⁺、Mg²⁺、H⁺、Cl^-等，在廢液中加入過(guò)量的鐵粉，將鐵離子還原為亞鐵離子，過(guò)濾得濾液，將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，再減壓過(guò)濾可得硫酸亞鐵晶體，在硫酸亞鐵晶體加入硫酸銨溶液，再蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，再減壓過(guò)濾可得（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O晶體，根據(jù)電子復(fù)件守恒可得關(guān)系式5Fe²⁺～MnO₄^-，根據(jù)KMnO₄的物質(zhì)的量可計(jì)算出樣品中鐵元素的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，據(jù)此答題．

解答 解：（1）NaClO₃與FeS₂的反應(yīng)中，氯從+5價(jià)變?yōu)?4價(jià)，鐵從+2價(jià)變?yōu)?3價(jià)，硫從-2價(jià)變?yōu)?6價(jià)，根據(jù)化合價(jià)升降法結(jié)合電荷守恒和元素守恒配平離子方程式為15ClO₃^-+FeS₂+14H⁺=15ClO₂+Fe³⁺+2SO₄^2-+7H₂O，
故答案為：15；1；14；15；1；2；7；
（2）ClO₂有強(qiáng)氧化性，能使品紅褪色，所以裝置D的作用是檢驗(yàn)ClO₂是否吸收完全，
故答案為：檢驗(yàn)ClO₂是否吸收完全；
（3）上述反應(yīng)完后的廢液主要含有Fe³⁺，還有Al³⁺、Mg²⁺、H⁺、Cl^-等，在廢液中加入過(guò)量的鐵粉，將鐵離子還原為亞鐵離子，過(guò)濾得濾液，將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，再減壓過(guò)濾可得硫酸亞鐵晶體，在硫酸亞鐵晶體加入硫酸銨溶液，再蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，再減壓過(guò)濾可得（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O晶體，根據(jù)電子復(fù)件守恒可得關(guān)系式5Fe²⁺～MnO₄^-，根據(jù)KMnO₄的物質(zhì)的量可計(jì)算出樣品中鐵元素的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，據(jù)此答題；
①根據(jù)上面的分析可知，操作Ⅰ的名稱為過(guò)濾，
故答案為：過(guò)濾；
②根據(jù)上面的分析可知，試劑X是 Fe，發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，
故答案為：Fe；2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
③根據(jù)電子復(fù)件守恒可得關(guān)系式5Fe²⁺～MnO₄^-，反應(yīng)中消耗的KMnO₄的物質(zhì)的量為0.01000mol/L×21.00×10^-3 L=2.1×10^-4mol，所以樣品中鐵元素的質(zhì)量為2.1×10^-4mol×5×$\frac{250}{25}$×56g/mol=0.588g，故鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{0.588g}{5.000g}$×100%=11.76%，
故答案為：11.76%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備的實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)基本操作及化學(xué)計(jì)算等，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．