Question

20．某研究小组模拟工业上以黄铁矿为原料制备硫酸的第一步反应为：
4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂
进行如图1实验，并测定该样品中FeS₂样品的纯度（假设其它杂质不参与反应）．

实验步骤：称取研细的样品4.000g放入上图b装置中，然后在空气中进行煅烧．为测定未反应高锰酸钾的量（假设其溶液体积保持不变），实验完成后取出d中溶液10mL置于锥形瓶里，用0.1000mol/L草酸（H₂C₂O₄）标准溶液进行滴定．
【提示：装置c中铜网作用是除去SO₂气体混有的氧气，以保证在装置d中只有一种气体参与反应】
（已知：2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄=K₂SO₄+10CO₂↑+2MnSO₄+8H₂O）
请回答下列问题：
（1）称量样品质量能否用托盘天平不能（填“能”或“不能”）；
（2）装置a的作用是干燥空气（或干燥或除去水蒸气均可），观察气体流速；
（3）上述反应结束后，仍需通一段时间的空气，其目的是促进装置中的二氧化硫气体全部吸收；
（4）写出d中发生反应的离子方程式：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O═5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺；
（5）滴定时，已知滴定管初读数为0.10ml，末读数如图2所示，消耗草酸溶液的体积为15.00ml；
（6）该样品中FeS₂的纯度为0.90；（用小数表示，保留两位小数）
（7）若用图3装置替代上述实验装置d，同样可以达到实验目的是②．（填编号）

Answer 1

分析 （1）称取研细的样品4.000g，由质量的精确度可知不能用托盘天平来称量；
（2）装置a为除去空气中的水蒸气避免影响测定结果，同时可以观察气体流速控制反应进行的速率；
（3）继续通入空气目的是把装置中的二氧化硫气体全部赶出完全吸收；
（4）草酸被高锰酸钾溶液氧化为二氧化碳，高锰酸钾被还原为锰离子；
（5）依据滴定管的结构，利用开始和结束的体积差值计算得到消耗草酸溶液的体积；
（6）依据灼烧反应和滴定反应的定量关系计算硫化亚铁的质量分数；
（7）装置d是用于吸收并测定产物中二氧化硫的含量，根据二氧化硫的化学性质进行判断．

解答 解：（1）称取研细的样品4.000g，由质量的精确度可知不能用托盘天平来称量，托盘天平的精确度为0.1g，
故答案为：不能；
（2）分析装置图可知为准确测定样品中FeS₂样品的纯度，利用空气中的氧气氧化硫化亚铁反应生成二氧化硫被高锰酸钾溶液吸收后，用草酸滴定计算，过程中空气中的水蒸气会干扰测定，需要通过浓硫酸除去，所以装置 a的作用是干燥或除去水蒸气，同时根据气泡冒出观察气体流速，
故答案为：干燥空气，观察气体流速；
（3）继续通入空气目的是把装置中的二氧化硫气体全部赶出完全吸收，减少误差，
故答案为：促进装置中的二氧化硫气体全部吸收；
（4）草酸被高锰酸钾溶液氧化为二氧化碳，高锰酸钾被还原为锰离子，反应的离子方程式为：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案为：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
（5）依据滴定管的结构，利用开始和结束的体积差值计算得到消耗草酸溶液的体积为：15.10mL-0.10mL=15.00mL，
故答案为：15.00；
（6）依据反应的离子方程式计算与二氧化硫反应的高锰酸钾物质的量，得到二氧化硫的物质的量，结合元素守恒计算硫化亚铁的质量分数，结合反应的离子方程式计算得到：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，100mL溶液中剩余高锰酸钾物质的量为：$\frac{2}{5}$×0.01500L×0.1000mol/L×10=0.006mol，与二氧化硫反应的高锰酸钾物质的量为：0.3000mol/L×0.1000L-0.006mol=0.024mol，结合反应5SO₂+2KMnO₄+2H₂O═K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄可得：
5FeS₂～10SO₂～4KMnO₄
  5          4   
 n（FeS₂）   0.024mol
n（FeS₂）=0.03mol
样品中FeS₂的纯度为：$\frac{0.03mol×120g/mol}{4.000g}$=0.90，
故答案为：0.90；
（7）图3中，只有②能够与二氧化硫反应生成硫酸钡沉淀，可以替代装置d；而①无法吸收二氧化硫，③中空气不溶于水，干扰了二氧化硫的测定，
故答案为：②．

点评 本题考查了物质组成的实验探究方法分析，题目难度中等，理解反应原理和滴定实验的计算是解题关键，试题充分考查学生的分析、理解能力及化学实验能力．