Question

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

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

 

．
（2）通入空气的作用是

 

．
（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

 

．（填“偏高”、“偏低”或“不变”）
（4）滴定时，应选择右图中的

 

（填字母序号）盛装标准H₂C₂O₄溶液，根据

 

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

 

．
（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

 

．（保留到小数点后1位）

Answer 1

考点：探究物质的组成或测量物质的含量

专题：

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×

2

5

=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×

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×

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：

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．