Question

【题目】实验室模拟用工业废弃固体(含有Cu2S、Al2O3、Fe2O3、SiO2等)制取粗铜、绿矾(FeSO4·7H2O)和明矾[KAl(SO4)2·12H2O]的操作流程如下：

（1）试剂X是________________________________________(写化学式)。

（2）配平下列方程式：

______MnO4-＋______SO2＋______H2O===______Mn2＋＋______SO42-＋______H＋______________

（3）为了分析产品(绿矾)中铁元素的含量，某同学称取20.0 g样品配成100 mL溶液，移取至锥形瓶中，用1.000×10－1 mol·L－1的KMnO4标准溶液进行滴定(MnO被还原为Mn2＋)。若两者正好反应时消耗KMnO4标准溶液的体积为100.00 mL，则该产品中铁元素的质量分数为___________。（写出解题过程）

Answer 1

【答案】H2SO4(或KHSO4) 2；5；2；2；5；4； 根据电子守恒可得到关系式：MnO4-5Fe2+可知：

n(Fe2+) = 5c(MnO4-)V(MnO4-) =51.000×10－1 mol·L－10.1 L = 0.05 mol，

故绿矾产品中铁元素的质量为m = n(Fe2+)M(Fe2+) = 0.05 mol56 g/mol = 2.8 g，则该产品中铁元素的质量分数w = 100% = 14%，

答：该产品中铁元素的质量分数为14%。

【解析】

加入KOH溶液以后，只有Al2O3会与KOH反应生成KAlO2和水，则可推出溶液B的溶质主要为KAlO2和过量的KOH，采用逆推法，最终产物为明矾（KAl(SO4)2·12H2O），可推出试剂X为H2SO4(或KHSO4)；

（2）MnO4-转化为Mn2＋，其中Mn元素降低5价，SO2转化为SO42-，S元素升高2价，根据最小公倍法配平电子转移数，再结合电荷守恒与原子守恒完成该氧化还原反应的配平即可。

（3）氧化还原反应的计算原则是电子得失总数相等，得出KMnO4与Fe2+的对应关系，根据公式n = cV = 推出铁元素的质量，进而求出该产品中铁元素的质量分数。

废弃固体主要成分Cu2S和Fe2O3、SiO2等，灼烧废气固体发生反应Cu2S+2O2SO2+2CuO，所以气体A是SO2，固体A是CuO、Fe2O3、SiO2和Al2O3，加入KOH溶液以后，只有Al2O3会与KOH反应生成KAlO2和水，则可推出固体B为CuO、Fe2O3和SiO2，溶液B的溶质主要为KAlO2和过量的KOH，采用逆推法，要想得到明矾（KAl(SO4)2·12H2O），溶液C中溶质为KAl(SO4)2，由KAlO2转化为KAl(SO4)2，可推出试剂X为H2SO4(或KHSO4)，

故答案为：H2SO4(或KHSO4)；

（2）MnO4-转化为Mn2＋，其中Mn元素降低5价，SO2转化为SO42-，S元素升高2价，故方程式中的MnO4- 与Mn2＋化学计量数为2，SO2与SO42-前面的化学计量数为5，再结合高锰酸钾存在于酸性溶液中，根据电荷守恒规律与原子守恒规律配平得：2MnO4-＋5O2＋2H2O===2Mn2＋＋5O42-＋4H＋，

故答案为：2；5；2；2；5；4；

（3）根据电子守恒可得到关系式：MnO4-5Fe2+可知：

n(Fe2+) = 5c(MnO4-)V(MnO4-) =51.000×10－1 mol·L－10.1 L = 0.05 mol，

故绿矾产品中铁元素的质量为m = n(Fe2+)M(Fe2+) = 0.05 mol56 g/mol = 2.8 g，则该产品中铁元素的质量分数w = 100% = 14%，

答：该产品中铁元素的质量分数为14%。