Question

11．在高溫時硫鐵礦（主要成分FeS₂）和氧氣反應生成三氧化二鐵和二氧化硫（假設硫鐵礦中的雜質不參與反應）．某化學研究小組對硫鐵礦樣品進行如下實驗探究：
【實驗一】測定硫元素的含量
實驗裝置如圖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，高溫灼燒硬質玻璃管D中的硫鐵礦樣品至反應完全．

II．反應結束后，將E瓶中的溶液進行如圖2處理：
【實驗二】測定鐵元素的含量
III．測定鐵元素含量的實驗步驟如下：
1用足量稀硫酸溶解已冷卻的硬質玻璃管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，三次滴定實驗所需KMnO₄溶液體積的平均值為V mL．
已知：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
請根據(jù)以上實驗，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）假設在整個實驗過程中鐵元素都沒有損失；鐵元素的質量分數(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，選用濃硫酸進行干燥；鐵礦石和氧氣反應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氧化性需要盛在酸式滴定管中；
（4）樣品質量為m₁g，依據(jù)流程分析可知得到硫酸鋇沉淀為m₂g，依據(jù)硫元素守恒計算硫元素質量得到硫元素的質量分數(shù)；依據(jù)滴定實驗消耗的高錳酸鉀物質的量結合反應的定量關系計算亞鐵離子物質的量，依據(jù)鐵元素守恒得到樣品中含有的鐵元素質量分數(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，選用濃硫酸進行干燥；鐵礦石和氧氣反應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，硫元素物質的量=硫酸鋇物質的量=$\frac{{m}_{2}g}{233g/mol}$=$\frac{{m}_{2}}{233}$mol；依據(jù)硫元素守恒計算硫元素質量得到硫元素的質量分數(shù)=$\frac{\frac{{m}_{2}}{233}mol×32g/mol}{{m}_{1}g}$×100%=$\frac{32{m}_{2}}{233{m}_{1}}$100%；
依據(jù)滴定實驗消耗的高錳酸鉀物質的量結合反應的定量關系計算亞鐵離子物質的量，反應的離子方程式為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；
設亞鐵離子物質的量為X，
25mL溶液消耗高錳酸鉀物質的量=c mol/L×Vml×10^-3L/mol=cV×10^-3mol
5Fe²⁺～MnO₄^-
5       1
X       cV×10^-3mol
X=5cV×10^-3mol
所以250mL溶液中含鐵元素物質的量5cV×10^-2mol
依據(jù)鐵元素守恒得到樣品中含有的鐵元素質量分數(shù)=$\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%；

點評 本題考查了物質性質的實驗探究方法和實驗分析判斷，過程中的定量計算關系是解題關鍵，題目難度中等．