Question

18．工业上可用如图装置测定黄铁矿（主要成分为FeS₂）中硫的质量分数（忽略SO₂、H₂SO₃与氧气的反应）

实验的正确操作步骤如下：
A．连接好装置，并检查装置的气密性
B．称取研细的黄铁矿样品
C．将2.0g样品小心地放入硬质玻璃管中
D．以1L/min的速率鼓入空气
E．将硬质玻璃管中的黄硫铁矿样品加热到800℃～850℃
F．用200mL的饱和碘水吸收SO₂，发生的反应是：I₂+SO₂+2H₂O═2HI+H₂SO₄
G．吸收液用CCl₄萃取
H．取20.00mL吸收液，用标准0.2000mol•L^-1的NaOH溶液滴定．
试回答：
（1）写出装置③中发生反应的化学方程式4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂．
（2）步骤G中所用主要仪器是分液漏斗，应取上（填“上”或“下”）层溶液进行后续实验．
（3）装置①的作用是除去空气中的还原性气体，提高实验的准确率．
（4）步骤H中滴定时应选用酚酞作指示剂，可以根据滴入最后一滴NaOH溶液后，溶液变为浅红色，并在半分钟内不褪色现象来判断滴定已经达到终点．
（5）假定黄硫铁矿中的硫在操作E中已全部转化为SO₂，并且被饱和碘水完全吸收．滴定得到的数据如表所示：

滴定次数	待测液体的体积/mL	标准碱溶液的体积/mL
		滴定前	滴定后
第一次	20.00mL	0.00	20.98
第二次	20.00mL	0.22	20.20
第三次	20.00mL	0.36	20.38

则硫铁矿样品中硫元素的质量分数为16.0%（保留小数点后1位）
（6）也有人提出用“沉淀质量法”测定黄铁矿中含硫质量分数，若用这种方法测定，最好是在装置⑤所得吸收液中加入下列哪种试剂D．
A．硝酸银溶液    B．氯化钙溶液     C．澄清石灰水      D．氯化钡溶液．

Answer 1

分析 （1）装置③中FeS₂与氧气反应，生成氧化铁和二氧化硫；
（2）萃取、分液的主要仪器为分液漏斗，根据滴定生成的酸在水溶液中，所以需要取上层水溶液；
（3）装置①装有酸性高锰酸钾溶液，具有强氧化性，可氧化除去空气中的还原性气体，提高实验的准确率；
（4）根据题意，用氢氧化钠滴定混合强酸溶液，所以常用的指示剂为酚酞，滴定达到终点时，溶液由无色变为浅红色；
（5）对于多次测量数据一般要求平均值进行数据处理，由于第一次所消耗标准液的体积与后两次相关较大，为减小误差，只求后两次标准液的体积的平均值：20.00ml，根据反应4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂，I₂+SO₂+2H₂O=2HI+H₂SO₄，H⁺+OH^-═H₂O，得关系式S～SO₂～4H⁺～4OH^-，所以样品中硫元素的质量为：$\frac{0.020×0.20}{4}$mol×32g/mol×$\frac{300ml}{20ml}$=0.48g，据此计算样品中硫元素的质量分数；
（6）装置⑤所得溶液为HI、H₂SO₄的混合溶液，为测得硫的质量分数，最好选用能与SO₄^2-反应生成不溶于酸性溶液的沉淀．

解答 解：（1）装置③中FeS₂与氧气反应，生成氧化铁和二氧化硫，反应的化学方程式是4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，
故答案为：4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
（2）萃取、分液的主要仪器为分液漏斗，因为CCl₄密度大于水，所以萃取碘后，有机层在下层，水溶液为上层，则后续滴定生成的酸在水溶液中，所以需要取上层水溶液，
故答案为：分液漏斗；上；
（3）装置①装有酸性高锰酸钾溶液，具有强氧化性，可氧化除去空气中的还原性气体，提高实验的准确率，
故答案为：除去空气中的还原性气体，提高实验的准确率；
（4）根据题意，用氢氧化钠滴定混合强酸溶液，所以常用的指示剂为酚酞，滴定达到终点时滴入最后一滴NaOH溶液后，溶液变为浅红色，并在半分钟内不褪色，
故答案为：酚酞；滴入最后一滴NaOH溶液后，溶液变为浅红色，并在半分钟内不褪色；
（5）对于多次测量数据一般要求平均值进行数据处理，由于第一次所消耗标准液的体积与后两次相关较大，为减小误差，只求后两次标准液的体积的平均值：20.00ml，根据反应4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂，I₂+SO₂+2H₂O=2HI+H₂SO₄，H⁺+OH^-═H₂O，得关系式S～SO₂～4H⁺～4OH^-，所以样品中硫元素的质量为：$\frac{0.020×0.20}{4}$mol×32g/mol×$\frac{200mL}{20mL}$=0.32g，所以样品中硫元素的质量分数为$\frac{0.32}{2.0}$×100%=16.0%，
故答案为：16.0%；
（6）装置⑤所得溶液为HI、H₂SO₄的混合溶液，为测得硫的质量分数，最好选用能与SO₄^2-反应生成不溶于酸性溶液的沉淀，即氯化钡符合题意，故选：D．

点评 本题考查了利用二氧化硫的性质测定黄铁矿中硫的质量分数，涉及热化学方程式的书写、滴定实验指示剂的选择以及计算等，考查知识点较多，难度中等．