Question

17．黄铁矿（主要成分为FeS₂，杂质不含硫元素）是我国大多数硫酸厂制取硫酸的主要原料．化学课外活动小组为测定某黄铁矿中FeS₂含量进行了如下的实验探究（假设每步反应均完全）．
【查阅资料】①4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂ ②Na₂SO₃+H₂O₂=Na₂SO₄+H₂O
                     ③Na₂SO₄+BaCl₂=BaSO₄↓+2NaCl           ④Na₂CO₃+BaCl₂=BaCO₃↓+2NaCl
【实验探究】
Ⅰ．称取1.60g黄铁矿样品放入如图1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．
Ⅱ．反应结束后，将乙瓶中的溶液进行如图2处理

【问题讨论】
（1）Ⅰ中装置中甲瓶内盛放的试剂是氢氧化钠溶液，其作用是吸收空气中的二氧化碳．
【含量测定】
（2）Ⅱ中最终得到的4.66g固体是BaSO₄（填物质的化学式）．
（3）计算该黄铁矿中FeS₂的质量分数．（请写出计算过程）
【交流反思】
（4）如果缺少甲装置，则最终测得FeS₂的质量分数将会偏大（填“偏大”“偏小”或“不变”）．
（5）Ⅱ中证明所加BaCl₂溶液过量的方法是取滤液少许于试管中，滴加氯化钡溶液，若没有白色沉淀，则氯化钡过量．
【拓展应用】工业上以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如图3所示

（6）接触室中发生反应的化学方程式为2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO₃．化学实验室现有质量分数为98%的浓硫酸，但在实验中常需要用到较稀的硫酸．要把100g上述浓硫酸稀释成质量分数为10%的硫酸，需要水的质量是880g，稀释时，应将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，并不断用玻璃棒搅拌．硫酸是一种重要的化工产品，用途十分广泛，请写出稀硫酸的一种用途除铁锈．
（7）依据生产硫酸的工艺流程图，下列说法正确的是ACD（填字母）．
A．为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎
B．催化剂能够提高SO₂的反应速率和产量
C．SO₂可做为生产硫酸的原料循环再利用
D．沸腾炉排出的矿渣可供炼铁．

Answer 1

分析 （1）根据空气中的二氧化碳能与氢氧化钠反应影响二氧化硫的测定，据此分析甲装置的作用；
（2）根据过氧化氢具有氧化性，能将亚硫酸钡氧化成硫酸钡进行分析；
（3）根据硫元素质量守恒计算硫化亚铁的质量，再计算出硫化亚铁的质量分数；
（4）根据二氧化碳能与氢氧化钠反应，对计算结果的影响．
（5）根据硫酸钠能与氯化钡反应分析；
（6）根据接触室中发生反应，写出化学方程式，根据溶质质量不变、稀释浓硫酸的正确操作和硫酸的应用分析回答；
（7）根据生产硫酸的工艺流程分析判断．

解答 解：（1）由于空气中的二氧化碳能与氢氧化钠反应影响二氧化硫的测定，所以，Ⅰ中装置中甲瓶内盛放的试剂是氢氧化钠溶液，其作用是吸收空气中的二氧化碳；
（2）由于过氧化氢具有强氧化性，能将亚硫酸钡氧化成硫酸钡，所以，Ⅱ中最终得到的4.66g固体是BaSO₄；
（3）由于在化学变化中硫元素质量守恒，所以硫元素的质量：4.66g×$\frac{32}{233}$=0.64g，FeS₂的质量：0.64g÷（$\frac{64}{120}$×100%）=1.2g，
黄铁矿中FeS₂的质量分数为：$\frac{1.2g}{1.6g}$×100%=75%；
（4）如果缺少甲装置，由于二氧化碳能与氢氧化钠反应，则最终测得FeS₂的质量分数将会偏大；
（5）由于硫酸钠能与氯化钡反应，所以，Ⅱ中证明所加BaCl₂溶液过量的方法是：取滤液少许于试管中，滴加氯化钡溶液，若没有白色沉淀，则氯化钡过量；
（6）由图示可知，在接触室内，二氧化硫和氧气在加热和催化剂的条件下生成了三氧化硫，反应的方程式是：2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO₃；
设需要加水的质量为x，
100g×98%=（100g+x）×10%  
x=880g，
稀释时，应将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，并不断用玻璃棒搅拌由于稀硫酸能与金属氧化物反应，常用于金属除锈；
（7）A．为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎，能增大与氧气的接触面积，故A正确；
B．催化剂能够提高SO₂的反应速率，不能提高产量，故B错误；
C．由生产硫酸的工艺流程可知，SO₂可做为生产硫酸的原料循环再利用，故C正确；
D．沸腾炉排出的矿渣中含有氧化铁，可供炼铁，故D正确．
故选：ACD．
故答案为：（1）吸收空气中的二氧化碳；
（2）BaSO₄；
（3）75%；
（4）偏大；
（5）取滤液少许于试管中，滴加氯化钡溶液，若没有白色沉淀，则氯化钡过量；
（6）2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO₃，880，浓硫酸，水，除铁锈；
（7）ACD．

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．