Question

黃鐵礦在高溫時(shí)和氧氣反應(yīng)生成氧化鐵和二氧化硫（假設(shè)礦石中的雜質(zhì)不參與化學(xué)反應(yīng)）．某化學(xué)學(xué)習(xí)小組對黃鐵礦樣品進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)探究：
【實(shí)驗(yàn)一】測定硫元素的含量

Ⅰ．實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示（夾持和加熱裝置省略）．A中的試劑是雙氧水，將m₁g該黃鐵礦樣品放入硬質(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)玻璃管中的黃鐵礦樣品至反應(yīng)完全．
Ⅱ．反應(yīng)結(jié)束后，將E瓶中的溶液進(jìn)行如下處理：
【實(shí)驗(yàn)二】測定鐵元素的含量
Ⅲ．測定鐵元素含量的實(shí)驗(yàn)步驟如下：
①用足量稀硫酸溶解硬質(zhì)玻璃管D中的固體殘?jiān)��?br />②加還原劑使溶液中的Fe³⁺完全轉(zhuǎn)化為Fe²⁺后，過濾、洗滌；
③將濾液稀釋至250ml；
④每次取稀釋液25.00ml，用已知物質(zhì)的量濃度為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．
請回答下列問題：
（1）儀器B中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是

 

；儀器C中裝入的試劑是

 

．E瓶的作用是

 

．
（2）Ⅱ中加入H₂O₂發(fā)生反應(yīng)的離子方程式

 

．
（3）Ⅲ的步驟③中，需要用到的儀器除燒杯、玻璃棒外，還必須要有

 

；④中取稀釋液25.00ml需用的儀器是

 

．
（4）假設(shè)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中硫元素和鐵元素沒有損失，則該黃鐵礦樣品中硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

．（用含m₁和m₂的代數(shù)式表示）；該黃鐵礦中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

．（用含m₁、c、V的代數(shù)式表示）

Answer 1

分析：（1）B裝置為制取氧氣的裝置，根據(jù)反應(yīng)物為液體和固體選擇試劑并寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；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；根據(jù)二氧化硫有毒能夠污染大氣分析E裝置作用；
（2 過氧化氫能夠?qū)�亞硫酸根離子氧化成硫酸根離子，據(jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（3）依據(jù)配制一定體積溶液的操作步驟分析；根據(jù)稀釋液為酸性溶液選擇滴定管類型；
（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）A中為液體，B為固體，發(fā)生反應(yīng)制取氧氣，可以選用雙氧水在催化劑二氧化錳作用下生成氧氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式：2H₂O₂

二氧化錳  .

2H₂O+O₂↑；
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：2H₂O₂

二氧化錳  .

2H₂O+O₂↑；濃硫酸；吸收反應(yīng)產(chǎn)生的SO₂ （或?qū)⒎磻?yīng)產(chǎn)生的SO₂全部轉(zhuǎn)化為SO₃^2-）；
（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為溶解、轉(zhuǎn)移、洗滌、定容、搖勻等，使用的儀器為：燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、250mL容量瓶，所以還需要需膠頭滴管、250ml容量瓶；高錳酸鉀溶液具有強(qiáng)氧化性需要盛在酸式滴定管中；稀釋液顯示酸性，取稀釋液25.00ml需用的儀器為酸式滴定管，
故答案為：膠頭滴管、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=

m2

233g/mol

=

m2

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)=

m2 233 ×32g/mol

m1

×100%=

32m2

233m1

×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n，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
n     cV×10^-3mol
n=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)=

5cV×10-2mol×56g/mol

m1g

×100%=

2.8cV

m1

；
故答案為：

32m2

233m1

×100%；

2.8cV

m1

．

點(diǎn)評：本題考查測定鐵元素的含量、測定硫元素的含量、實(shí)驗(yàn)操作以及有關(guān)計(jì)算，該題是高考中的常見題型，屬于中等難度的試題；試題綜合性強(qiáng)，側(cè)重對學(xué)生能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，有利于培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作能力；該類試題主要是以常見儀器的選用、實(shí)驗(yàn)基本操作為中心，通過是什么、為什么和怎樣做重點(diǎn)考查實(shí)驗(yàn)基本操作的規(guī)范性和準(zhǔn)確性及靈活運(yùn)用知識解決實(shí)際問題的能力．