Question

5．工業(yè)上可用下列裝置測定黃鐵礦（主要成分為FeS₂）中硫的質量分數（忽略SO₂、H₂SO₃與氧氣的反應）
實驗的正確操作步驟如下：
A．連接好裝置，并檢查裝置的氣密性
B．稱取研細的黃鐵礦樣品
C．將2.0g樣品小心地放入硬質玻璃管中
D．以1L/min的速率鼓入空氣
E．將硬質玻璃管中的黃硫鐵礦樣品加熱到800℃～850℃
F．用300mL的飽和碘水吸收SO₂，發(fā)生的反應是：I₂+SO₂+2H₂O═2HI+H₂SO₄
G．吸收液用CCl₄萃取
H．取20.00mL吸收液，用標準0.2000mol•L^-1的NaOH溶液滴定．
試回答：
（1）寫出裝置③中發(fā)生反應的化學方程式4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂．
（2）步驟G中所用主要儀器是分液漏斗，應取上（填“上”或“下”）層溶液進行后續(xù)實驗．
（3）裝置①的作用是除去空氣中的還原性氣體，提高實驗的準確率．
（4）裝置④的作用是過濾二氧化硫氣體避免氧化鐵顆粒進入，得到平緩的二氧化硫氣流．
（5）步驟H中滴定時應選用酚酞作指示劑，可以根據滴入最后一滴NaOH溶液后，溶液變?yōu)闇\紅色，并在半分鐘內不褪色現象來判斷滴定已經達到終點．
（6）假定黃硫鐵礦中的硫在操作E中已全部轉化為SO₂，并且被飽和碘水完全吸收．滴定得到的數據如表所示：

滴定次數	待測液體的體積/mL	標準堿溶液的體積/mL
		滴定前	滴定后
第一次	20.00mL	0.00	20.98
第二次	20.00mL	0.22	20.20
第三次	20.00mL	0.36	20.38

則硫鐵礦樣品中硫元素的質量分數為24.0%（保留小數點后1位）．
（7）也有人提出用“沉淀質量法”測定黃鐵礦中含硫質量分數，若用這種方法測定，最好是在裝置⑤所得吸收液中加入下列哪種試劑B．
A．硝酸銀溶液           B．氯化鋇溶液
C．澄清石灰水           D．酸性高錳酸鉀溶液．

Answer 1

分析 （1）裝置③中FeS₂在加熱條件下與氧氣反應生成二氧化硫知氧化鐵，根據元素守恒書寫化學方程式；
（2）萃取、分液的主要儀器為分液漏斗，根據滴定生成的酸在水溶液中，所以需要取上層水溶液；
（3）裝置①裝有酸性高錳酸鉀溶液，具有強氧化性，可氧化除去空氣中的還原性氣體，提高實驗的準確率；
（4）裝置④中玻璃絲的作用阻擋固體顆粒，得到平緩的二氧化硫氣流；
（5）根據題意，用氫氧化鈉滴定混合強酸溶液，所以常用的指示劑為酚酞，在滴定終點時溶液變?yōu)闇\紅色；
（6）對于多次測量數據一般要求平均值進行數據處理，由于第一次所消耗標準液的體積與后兩次相關較大，為減小誤差，只求后兩次標準液的體積的平均值：20.00ml，根據反應4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂，I₂+SO₂+2H₂O=2HI+H₂SO₄，H⁺+OH^-═H₂O，得關系式S～SO₂～4H⁺～4OH^-，所以樣品中硫元素的質量為：$\frac{0.020L×0.20mol/L}{4}$mol×32g/mol×$\frac{300ml}{20ml}$=0.48g，據此計算樣品中硫元素的質量分數；
（7）裝置⑤所得溶液為HI、H₂SO₄的混合溶液，為測得硫的質量分數，最好選用能與SO₄^2-反應生成不溶于酸性溶液的沉淀．

解答 解：（1）裝置③中FeS₂在加熱條件下與氧氣反應生成二氧化硫知氧化鐵，反應的化學方程式為4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，
故答案為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
（2）萃取、分液的主要儀器為分液漏斗，因為CCl₄密度大于水，所以萃取碘后，有機層在下層，水溶液為上層，則后續(xù)滴定生成的酸在水溶液中，所以需要取上層水溶液，故答案為：分液漏斗；上；
（3）裝置①裝有酸性高錳酸鉀溶液，具有強氧化性，可氧化除去空氣中的還原性氣體，提高實驗的準確率，
故答案為：除去空氣中的還原性氣體，提高實驗的準確率；
（4）裝置④中玻璃絲的作用是過濾二氧化硫氣體避免氧化鐵顆粒進入，得到平緩的二氧化硫氣流，
故答案為：過濾二氧化硫氣體避免氧化鐵顆粒進入，得到平緩的二氧化硫氣流；
（5）根據題意，用氫氧化鈉滴定混合強酸溶液，所以常用的指示劑為酚酞，當滴入最后一滴NaOH溶液后，溶液變?yōu)闇\紅色，并在半分鐘內不褪色，說明滴定已經達到終點，
故答案為：酚酞；滴入最后一滴NaOH溶液后，溶液變?yōu)闇\紅色，并在半分鐘內不褪色；
（6）對于多次測量數據一般要求平均值進行數據處理，由于第一次所消耗標準液的體積與后兩次相關較大，為減小誤差，只求后兩次標準液的體積的平均值：20.00ml，根據反應4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂，I₂+SO₂+2H₂O=2HI+H₂SO₄，H⁺+OH^-═H₂O，得關系式S～SO₂～4H⁺～4OH^-，所以樣品中硫元素的質量為：$\frac{0.020L×0.20mol/L}{4}$mol×32g/mol×$\frac{300ml}{20ml}$=0.48g，所以樣品中硫元素的質量分數為$\frac{0.48}{2.0}$×100%=24.0%，
故答案為：24.0%；
（7）裝置⑤所得溶液為HI、H₂SO₄的混合溶液，為測得硫的質量分數，最好選用能與SO₄^2-反應生成不溶于酸性溶液的沉淀，即氯化鋇符合題意，故選B，
故答案為：B．

點評 本題考查了利用二氧化硫的性質測定黃鐵礦中硫的質量分數，涉及化學方程式的書寫、氣體除雜、滴定實驗指示劑的選擇以及計算等，考查知識點較多，題目難度中等．