Question

10．某实验小组探究工业上废渣（主要成分为Cu₂S和Fe₂O₃）的综合利用，过程如下：

（1）该小组同学设计如图1装置模拟废渣在过量氧气中焙烧，并验证废渣中含有硫元素．
①在实验室中，图2装置可以作为装置A的是ac．
②证明废渣中含有硫元素的实验现象是装置E中品红溶液褪色．
③装置F中生成白色沉淀的离子方程式为2SO₂+O₂+2H₂O+2Ba²⁺=2BaSO₄↓+4H⁺．
（2）某同学将上述实验中灼烧后的固体A进行如下操作：

①固体B的成分是Fe、Cu（填化学式）．
②由溶液B得到绿矾的过程中应该进行的操作是蒸发浓缩，冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
③为测定产品中绿矾的质量分数，称取30.0g样品配成250mL溶液，取25.00mL溶液于锥形瓶中，用0.10mol•L^-1的酸性KMnO₄溶液进行滴定，反应为10FeSO₄+8H₂SO₄+2KMnO₄═2MnSO₄+5Fe（SO₄）₃+K₂SO₄+8H₂O．实验所得数据如表所示．

滴定次数	1	2	3	4
消耗酸性KMnO4溶液的体积/mL	19.10	20.02	19.98	20.00

Ⅰ．第1组实验数据出现异常，造成这种异常的原因可能是ac（填字母）．
a．量取绿矾溶液的酸式滴定管用蒸馏水洗净后未用标准液润洗
b．锥形瓶洗净后未干燥
c．滴定终点时俯视读数
d．滴定前尖嘴有气泡，滴定后气泡消失
Ⅱ．根据表中数据，产品中绿矾的质量分数为92.7%．

Answer 1

分析 （1）A中是用来制备氧气，B中盛放浓硫酸干燥氧气，C中硫化亚铜与氧气反应，D中进气管短，应是安全瓶，防止溶液倒吸，E装置检验二氧化硫，F中氧气与亚硫酸反应生成硫酸，硫酸与氯化钡溶液反应，最后需要尾气处理，防止二氧化硫污染空气，
①实验室制备氧气的装置可以依据固体和固体加热反应生成，选择装置，也可以选择液体和固体不加热反应生成选择装置；
②证明废渣中含有硫元素的实验现象是验证废渣灼烧生成的气体中含二氧化硫，可以利用装置E中品红溶液检验；
③氧气与亚硫酸反应生成硫酸，硫酸与氯化钡溶液反应；
（2）固体A是CuO和Fe₂O₃，固体A和稀硫酸混合，发生的反应为CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，所以溶液A中成分为CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃，向溶液A中加入过量Fe屑，发生反应CuSO₄+Fe=FeSO₄+Cu、2Fe₂（SO₄）₃+Fe=3FeSO₄，所以固体B成分是Fe、Cu，滤液B成分为FeSO₄，固体B和稀硫酸混合，Fe和稀硫酸反应生成FeSO₄，Cu和稀硫酸不反应，过滤得到固体粗铜，硫酸亚铁溶液蒸发结晶得到绿矾；
①依据上述分析得到、固体B为铜和铁；
②由溶液B得到绿矾的过程是溶液中得到溶质晶体的过程为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥得到；
③Ⅰ．第1组实验数据偏小，
a．量取绿矾溶液的酸式滴定管用蒸馏水洗净后未用标准液润洗，待测液浓度减小；
b．锥形瓶洗净后未干燥，溶质的物质的量未变；
c．滴定终点时俯视读数，读数在液面上方，滴定管刻度由上而下增大；
d．滴定前尖嘴有气泡，滴定后气泡消失，高锰酸钾溶液体积对数应大于实际消耗量；
Ⅱ．第2、3、4组数据平均值为消耗高锰酸钾溶液体积，根据方程式计算产品中绿矾的质量分数．

解答 解：（1）A中是用来制备氧气的装置，B中盛放浓硫酸干燥氧气，废弃固体主要成分Cu₂S和Fe₂O₃，C中硫化亚铜与氧气反应，灼烧废气固体发生反应Cu₂S+2O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SO₂+2CuO，固体A是CuO和Fe₂O₃，D中进气管短，应是安全瓶，防止溶液倒吸，E装置检验二氧化硫，F中氧气与亚硫酸反应生成硫酸，硫酸与氯化钡溶液反应，最后需要尾气处理，防止二氧化硫污染空气，
①制备氧气的方法为二氧化锰和氯酸钾固体加热反应生成氧气可以选择装置c，也可以用过氧化氢滴入固体二氧化锰中发生反应生成氧气，可以选择装置a，
故答案为：ac；
②证明废渣中含有硫元素的实验现象是验证废渣灼烧生成的气体中含二氧化硫，利用装置E中品红溶液褪色证明含有硫元素，
故答案为：装置E中品红溶液褪色；
③氧气与亚硫酸反应生成硫酸，硫酸与氯化钡溶液反应，总的反应离子方程式为：2SO₂+O₂+2H₂O+2Ba²⁺=2BaSO₄↓+4H⁺，
故答案为：2SO₂+O₂+2H₂O+2Ba²⁺=2BaSO₄↓+4H⁺；
（2）固体A是CuO和Fe₂O₃，固体A和稀硫酸混合，发生的反应为CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，所以溶液A中成分为CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃，向溶液A中加入过量Fe屑，发生反应CuSO₄+Fe=FeSO₄+Cu、2Fe₂（SO₄）₃+Fe=3FeSO₄，所以固体B成分是Fe、Cu，滤液B成分为FeSO₄，固体B和稀硫酸混合，Fe和稀硫酸反应生成FeSO₄，Cu和稀硫酸不反应，过滤得到固体粗铜，硫酸亚铁溶液蒸发结晶得到绿矾；
①上述分析得到、固体B为铜和铁，
故答案为：Fe、Cu；
②由溶液B得到绿矾的过程是溶液中得到溶质晶体的过程为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥得到，
故答案为：蒸发浓缩，过滤，干燥；
③Ⅰ．a．量取绿矾溶液的酸式滴定管用蒸馏水洗净后未用标准液润洗，待测液浓度减小，消耗酸性高锰酸钾溶液体积应偏小，测定浓度偏低，故a符合；
b．锥形瓶洗净后未干燥，溶质的物质的量未变，不影响高锰酸钾溶液体积，故b不符合；
c．滴定终点时俯视读数，读数在液面上方，滴定管刻度由上而下增大，则读数偏小，故c符合；
d．滴定前尖嘴有气泡，滴定后气泡消失，高锰酸钾溶液体积对数应大于实际消耗量，故d不符合，
故选：ac；
Ⅱ．消耗高锰酸钾溶液体积为$\frac{（20.2+19.98+20.00）ml}{3}$=20mL，
设产品中绿矾的质量分数为x，则：
            10FeSO₄+8H₂SO₄+2KMnO₄═2MnSO₄+5Fe₂（SO₄）₃+K₂SO₄+8H₂O
           1520g            2mol
30g×$\frac{152}{152+126}$×x×$\frac{25ml}{250ml}$  0.02L×0.1mol/L
所以1520g：30g×$\frac{152}{152+126}$×x×$\frac{25ml}{250ml}$=2mol：0.02L×0.1mol/L
解得x=92.7%，
故答案为：92.7%．

点评 本题是化学工艺流程与综合实验题目，涉及混合物的分离和提纯、对装置的分析与评价、物质含量测定等，侧重考查学生分析问题能力、实验操作能力，明确物质的性质是解本题关键，能从整体上分析各个步骤发生的反应，题目难度中等．