Question

黄铁矿是我国大多数硫酸厂制取硫酸的主要原料．某化学兴趣小组对某黄铁矿石（主要成分为FeS₂）进行如下实验探究．
【实验一】：测定硫元素的含量
I．将m₁g该黄铁矿样品放入如下图所示装置（夹持和加热装置省略）的石英管中，从a处不断地缓缓通入空气，高温灼烧石英管中的黄铁矿样品至反应完全得到红棕色固体和一种刺激性气味的气体．写出石英管中发生反应的化学方程式为：

4FeS₂+11O₂

高温  .

2Fe₂O₃+8SO₂

．

Ⅱ．反应结束后，将乙瓶中的溶液进行如下处理：

问题讨论：
（1）I中，甲中所盛试剂是

碱石灰

．
（2）Ⅱ中，所加H₂O₂溶液需足量的理由是

使SO₃^2-完全氧化为SO₄^2-

；
发生反应的离子方程式为

SO₃^2-+H₂O₂=SO₄^2-+H₂O

．
（3）该黄铁矿石中硫元素的质量分数为

32m2

233m1

×100%

．
【实验二】：设计以下实验方案测定铁元素的含量

问题讨论：
（4）②中，若用铁粉作还原剂，则所测得的铁元素的含量

偏大

（填“偏大”、“偏小”或“无影响”，下同）；若将稀释液久置后再用酸性KMnO₄滴定，则所测得的铁元素的含量

偏小

．
（5）③中，需要用到的仪器除烧杯、玻璃棒、胶头滴管外，还有

250mL容量瓶

．
（6）某同学一共进行了三次滴定实验，三次实验结果记录如下：

实验次数	第一次	第二次	第三次
消耗KMnO4溶液体积/mL	26.42	25.05	24.95

根据所给数据，计算该稀释液中Fe²⁺的物质的量浓度为c=

0.5mol/L

．（提示：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O）

Answer 1

分析：Ⅰ石英管中发生反应是高温下FeS₂被氧气氧化成二氧化硫和三氧化二铁；
Ⅱ（1）甲中使用固体干燥剂，用于除掉空气中的水分，所以选用碱石灰；
（2）为减少实验误差，使SO₃^2-完全转化成SO₄^2-，从而完全生成硫酸钡沉淀，双氧水足量时才能将亚硫酸根离子完全转化；反应方程式是亚硫酸根离子与双氧水的反应；
（3）根据硫原子守恒计算硫铁矿中硫的质量，从而计算其质量分数；
（4）铁和铁离子反应生成的亚铁离子物质的量增大；若将稀释液久置，溶液中的亚铁离子部分被氧化成铁离子；
（5）根据一定物质的量浓度溶液的配制中需使用的仪器完成；
（6）先判断滴定数据的有效性，然后依据实验过程和滴定实验消耗的高锰酸钾溶液体积的平均数，结合氧化还原反应离子方程式计算亚铁离子物质的量，计算25ml溶液中亚铁离子的浓度．

解答：解：Ⅰ．高温下，FeS₂被氧气氧化成二氧化硫和氧化铁，根据化合价升降相等配平：二硫化亚铁当做整体，化合价总共升高了（1×1+5×2）=11价，氧气化合价降低4价，所以氧气前面配11，二硫化亚铁前面配4，配平后的化学方程式为：4FeS₂+11O₂

高温  .

2Fe₂O₃+8SO₂，
故答案为：4FeS₂+11O₂  

高温  .

 2Fe₂O₃+8SO₂；
Ⅱ．（1）由于甲装置需要使用固体干燥剂，用于除掉空气中的水分，可以选用碱石灰；
故答案为：碱石灰；
（2）为使亚硫酸根离子完全转化为硫酸根离子，所以加入的双氧水要足量；亚硫酸根离子被双氧水氧化成硫酸根离子，反应的离子方程式为：SO₃^2-+H₂O₂=SO₄^2-+H₂O，
故答案为：使SO₃^2-完全氧化为SO₄^2-；  SO₃^2-+H₂O₂=SO₄^2-+H₂O；
（3）最终所得沉淀是硫酸钡，根据硫原子守恒得硫的质量，设硫的质量为x，
  S-----BaSO₄
 32g    233g
  x      m₂g
 x=

32m2

233

g
质量分数=

32m2

233m1

×100%，
故答案为：

32m2

233m1

×100%（或其他合理答案）
（4）铁和铁离子反应生成的亚铁离子物质的量增大，用高锰酸钾物质的量增大，测定结果偏大；若将稀释液久置后，溶液中的亚铁离子会被氧化成三价铁离子，滴定时消耗的高锰酸钾溶液的体积偏小，测定结果偏小，
故答案为：偏大； 偏小；
（5）一定物质的量浓度溶液的配制中，除了烧杯、玻璃棒、胶头滴管外，还需要250mL容量瓶，
故答案为：250mL容量瓶（没写规格不得分）；
（6）由于第一次滴定数据误差过大，应该失去，所以滴定过程中高锰酸钾溶液平均消耗体积=

25.05+24.95

2

mL=25.00ml；
氧化还原反应为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，设亚铁离子物质的量为x，依据方程式计算得到：
 5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
  5    1
 x   0.1mol/L×0.025L
 x=5×0.1mol/L×0.025L=0.0125mol，
c（Fe²⁺）=

0.0125mol

0.025L

=0.5mol/L，
 故答案为：0.5mol/L．

点评：本题考查物质成分和含量的测定，涉及仪器选用、误差分析、质量分数计算等知识，具有较强的综合性，解题时注意从质量守恒的角度分析，本题难度中等．