Question

5．硫酸厂用煅烧黄铁矿（FeS₂）来制取硫酸，实验室利用硫酸厂烧渣（主要成分是Fe₂O₃及少量FeS、SiO₂）制备绿矾．
（1）SO₂ 和O₂ 反应制取SO₃ 的反应原理为：2SO₂+O₂ $?_{加热}^{催化剂}$ 2SO₃，在一密闭容器中一定时间内达到平衡．该反应达到平衡状态的标志是BD（填字母代号）．
A．v（SO₂）=v（SO₃）B．混合物的平均相对分子质量不变
C．混合气体质量不变  D．各组分的体积分数不变
（2）某科研单位利用原电池原理，用SO₂ 和O₂ 来制备硫酸，装置如图，电极为多孔的材料，能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触．
①B 电极的电极反应式为SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．
②溶液中H⁺的移动方向由B极到A极（填“A”或“B”）；电池总反应式为2SO₂+O₂+2H₂O═2H₂SO₄．
（3）利用烧渣制绿矾的过程如下：

测定绿矾产品中含量的实验步骤：
a．称取5.7g 产品，溶解，配成250mL 溶液
b．量取25mL 待测液于锥形瓶中
c．用硫酸酸化的0.01mol/L KMnO₄ 溶液滴定至终点，消耗KMnO₄ 溶液体积40mL
根据上述步骤回答下列问题：
①滴定时发生反应的离子方程式为（完成并配平离子反应方程式）．
□Fe²⁺+□MnO₄^-+□H⁺-□Fe³⁺+□Mn²⁺+□H₂O
②用硫酸酸化的KMnO₄ 滴定到终点的标志是滴定最后一滴酸性KMnO₄时溶液呈淡紫色，半分钟内不褪色．
③计算上述产品中FeSO₄•7H₂O 的质量分数为97.5%．

Answer 1

分析 （1）①根据平衡常数的表达式公式写出该反应的平衡常数表达式；
②根据达到平衡状态，正逆反应速率相等，各组分的浓度不变进行判断；
（2）①根据原电池工作原理分析负极、正极发生的反应；
②根据电流方向判断氢离子的移动方向；反应原理为二氧化硫、氧气和水反应生成硫酸；
（3）①根据在酸性条件下反应，反应物一定有氢离子，然后根据电子守恒和质量守恒配平方程式；
②根据反应结束时滴入高锰酸钾溶液溶液后颜色变化判断滴定终点；
③根据反应方程式及高锰酸钾的物质的量计算出产品中FeSO₄•7H₂O的质量分数．

解答 解：（1）A．v（SO₂）=v（SO₃），没有告诉正逆反应，无法判断正逆反应速率是否相等，故A错误；
B．反应方程式两边都是气体，气体的化学计量数之和不相等，气体的平均相对分子量是个变化的量，混合物的平均相对分子质量不变，说明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，故B正确；
C．反应方程式两边都是气体，气体的质量始终不变，所以混合气体质量不变，不能判断是否达到平衡状态，故C错误；
D、各组分的体积分数不变，正逆反应速率相等，说明达到了平衡状态，故D正确；
故选：BD；
（2）①该原电池中，负极上失电子被氧化，所以负极上投放的气体是二氧化硫，二氧化硫失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子，正极上投放的气体是氧气，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，根据硫酸和水的出口方向知，B极是负极，A极是正极，所以B极上的电极反应式为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
②原电池放电时，氢离子由负极B移向正极A，电池总反应式为：2SO₂+O₂+2H₂O═2H₂SO₄，
故答案为：B；A；2SO₂+O₂+2H₂O═2H₂SO₄；
（3）①用硫酸酸化的0.01mol/L KMnO₄溶液，所以反应物中一定有氢离子，高锰酸根离子化合价由+7变为+2，降低了5价，亚铁离子与+2变为+3，升高了1价，所以高锰酸根离子系数为1、亚铁离子系数为5，根据电荷守恒、质量守恒配平氢离子、水，配平后的方程式为：5Fe²⁺+1MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+1Mn²⁺+4H₂O，
故答案为：5；1；8；H⁺；5；1；4；H₂O；
②当亚铁离子与高锰酸钾离子完全反应后，再滴入一滴高锰酸钾溶液，溶液会呈淡紫色，据此判断滴定终点，
故答案为：滴定最后一滴酸性KMnO₄时溶液呈淡紫色，半分钟内不褪色；
③25mL待测液消耗的高锰酸钾的物质的量为：0.01mol/L×0.04L=0.0004mol，
5.7g产品配成250mL溶液消耗高锰酸钾的物质的量为0.0004mol×$\frac{250}{25}$=0.004mol，
根据反应：5Fe²⁺+1MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，硫酸亚铁的物质的量为：0.004mol×5=0.02mol，
所以样品中含有的FeSO₄•7H₂O的质量为：278g/mol×0.02mol=5.56g，
FeSO₄•7H₂O的质量分数为：$\frac{5.56g}{5.7g}$×100%≈97.5%，
故答案为：0.975或97.5%．

点评 本题所以黄铜矿为载体考查化学平衡常数及平衡状态的判断、燃料电池、氧化还原反应及滴定的相关知识，涉及的题量较大，难度稍大．