Question

11．黄铁矿是工业上制取硫酸的主要原料，其主要成分为FeS₂，含少量杂质（杂质不含S元素，且高温下不反应）．某化学兴趣小组用下列装置测定黄铁矿中硫元素的质量分数．

称取2.0g研细的黄铁矿样品，将样品放入石英管中，缓慢鼓入空气，再加热石英管至800～850℃；锥形瓶中盛装100mL 0.2mol/L酸性KMnO₄溶液用于吸收SO₂（忽略SO₂、H₂SO₃与氧气反应）；反应结束后，每次从锥形瓶中取出25.00mL溶液，用0.23mol/L标准H₂C₂O₄溶液滴定，重复三次．
已知：
4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
2KMnO₄+5SO₂+2H₂O═K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄
请回答下列问题：
（1）连接好装置，检查装置气密性的操作是向锥形瓶中加水浸没导气管末端，关闭K，微热石英管，观察到锥形瓶中有气泡冒出，冷却后导管内形成一端稳定的气柱．
（2）通入空气的作用是提供反应所需O₂，将生成的SO₂全部赶入锥形瓶中．
（3）若实验过程中鼓入空气的速率过快，则测得的硫元素的质量分数偏低．（填“偏高”、“偏低”或“不变”）
（4）滴定时，应选择右图中的B（填字母序号）盛装标准H₂C₂O₄溶液，根据由浅紫色突变为无色且半分钟内不再变色现象来判断滴定已经达到终点．
（5）滴定过程中发生反应的离子方程式是5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．
（6）如果黄铁矿中的硫全部转化为SO₂，且被酸性KMnO₄溶液完全吸收，滴定操作中，平均耗用0.23mol/L标准H₂C₂O₄溶液21.73mL，则黄铁矿样品中硫元素的质量分数是48%．（保留到小数点后1位）

Answer 1

分析 （1）向锥形瓶中加水浸没导气管末端，关闭K，溶解微热石英管，根据锥形瓶中是否有气泡冒出，及冷却后导管内是否形成一端稳定的气柱判断该装置的稳定性；
（2）空气中含有氧气，空气还能够将生成的二氧化硫驱赶到锥形瓶中；
（3）若鼓入的空气速率过快，导致二氧化硫没有完全被酸性高锰酸钾溶液吸收；
（4）A为碱式滴定管，B为酸式滴定管，草酸为酸性溶液，应该使用酸式滴定管；滴定结束前溶液为紫红色，滴定结束后变为无色，据此判断滴定终点；
（5）草酸与高锰酸根离子、氢离子发生氧化还原反应生成锰离子、二氧化碳气体和水；
（6）根据反应5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O及草酸的量计算出25mL溶液中剩余的高锰酸钾的物质的量，再计算出100ml溶液中剩余的高锰酸钾的物质的量，从而得出二氧化硫消耗的高锰酸钾的物质的量，再根据反应2KMnO₄+5SO₂+2H₂O=K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄计算出二氧化硫的物质的量，根据S原子守恒计算出样品中S的质量及质量分数．

解答 解：（1）连接好装置，检查装置气密性的方法为：向锥形瓶中加水浸没导气管末端，关闭K，微热石英管，观察到锥形瓶中有气泡冒出，冷却后导管内形成一端稳定的气柱，
故答案为：向锥形瓶中加水浸没导气管末端，关闭K，微热石英管，观察到锥形瓶中有气泡冒出，冷却后导管内形成一端稳定的气柱；
（2）煅烧黄铁矿时需要氧气，则通入空气的目的是提供反应需要的氧气，另外通入空气后还可以将生成的二氧化硫完全赶入锥形瓶中，从而减小实验误差，
故答案为：提供反应所需O₂，将生成的SO₂全部赶入锥形瓶中；
（3）若实验过程中鼓入空气的速率过快，会导致部分二氧化硫没有被酸性高锰酸钾溶液吸收，则测得的硫元素的质量分数会偏低，
故答案为：偏低；
（4）草酸显示酸性，需要选用酸式滴定管盛放，即应该选用B盛放草酸溶液；滴定结束时溶液由浅紫色变为无色，则滴定终点的现象为：由浅紫色突变为无色且半分钟内不再变色，
故答案为：B；由浅紫色突变为无色且半分钟内不再变色；
（5）滴定过程中，酸性高锰酸根离子能够氧化草酸，反应的离子方程式为：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案为：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
（6）0.23mol/L标准H₂C₂O₄溶液21.73mL中含有草酸的物质的量为：0.23mol/L×0.02173L=0.0050mol，根据反应5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O可知，0.0050mol草酸完全反应消耗高锰酸根离子的物质的量为：0.0050mol×$\frac{2}{3}$=0.002mol，
原100mL滴定后的高锰酸钾溶液中含有高锰酸钾的物质的量为：0.002mol×$\frac{100mL}{25mL}$=0.008mol，
100mL 0.2mol/L酸性KMnO₄溶液中含有高锰酸钾的物质的量为：0.2mol/L×0.1L=0.02mol，则二氧化硫消耗的高锰酸钾的物质的量为：0.02mol-0.008mol=0.012mol，根据反应2KMnO₄+5SO₂+2H₂O=K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄可知，二氧化硫的物质的量为：0.012mol×$\frac{5}{2}$=0.03mol，原样品中含有S的质量为：32g/mol×0.03mol=0.96g，含有硫元素的质量分数为：$\frac{0.96g}{2g}$×100%=48%，
故答案为：48%．

点评 本题考查物质组成及含量的测定方法，题目难度较大，明确测定原理为解答关键，注意掌握化学实验基本操作方法，明确中和滴定原理及操作方法，试题侧重考查学生灵活应用基础知识的能力．