Question

11．在高温时硫铁矿（主要成分FeS₂）和氧气反应生成三氧化二铁和二氧化硫（假设硫铁矿中的杂质不参与反应）．某化学研究小组对硫铁矿样品进行如下实验探究：
【实验一】测定硫元素的含量
实验装置如图1所示（夹持和加热装置已省略）．A中的试剂是双氧水，将m g该硫铁矿样品放人硬质玻璃管D中．从A向B中逐滴滴加液体，使气体发生装置不断地缓缓产生气体，高温灼烧硬质玻璃管D中的硫铁矿样品至反应完全．

II．反应结束后，将E瓶中的溶液进行如图2处理：
【实验二】测定铁元素的含量
III．测定铁元素含量的实验步骤如下：
1用足量稀硫酸溶解已冷却的硬质玻璃管D中的固体，过滤，得到滤液A；
2在滤液A中加入过量的还原剂使溶液中的Fe³⁺完全转化为Fe²⁺，过滤，得到滤液B；
3将滤液B稀释为250mL；
4取稀释液25.00mL，用浓度为c mol/L的酸性KMnO₄溶液滴定，三次滴定实验所需KMnO₄溶液体积的平均值为V mL．
已知：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
请根据以上实验，回答下列问题：
（1）I中装置C中盛装的试剂是_浓硫酸；E瓶的作用是_吸收二氧化硫．
（2）11中加入过量H₂O₂溶液发生反应的离子方程式为H₂O₂+SO₃^2-═SO₄^2-+H₂O．
（3）111的步骤③中，将滤液B稀释为250mL需要用到的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒、胶头滴管外，还必须要用到的是250mL容量瓶；④中盛装KMnO₃溶液的仪器是_酸式滴定管．
（4）假设在整个实验过程中铁元素都没有损失；铁元素的质量分数为$\frac{2.8cV}{{m}_{1}}$×100%．（用含m₁、c、v的代数式表示）

Answer 1

分析 （1）装置中生成的氧气含有水蒸气需要在通入玻璃管前除去水蒸气，选用浓硫酸进行干燥；铁矿石和氧气反应生成氧化铁和二氧化硫，E装置是吸收二氧化硫气防止污染环境；
（2）Ⅱ中加入过量H₂O₂溶液发生的反应是过氧化氢氧化亚硫酸根离子生成硫酸根离子，过氧化氢被还原为水；
（3）依据配制一定体积溶液的操作步骤分析，需要在250mL容量瓶中配制，高锰酸钾溶液具有强氧化性需要盛在酸式滴定管中；
（4）样品质量为m₁g，依据流程分析可知得到硫酸钡沉淀为m₂g，依据硫元素守恒计算硫元素质量得到硫元素的质量分数；依据滴定实验消耗的高锰酸钾物质的量结合反应的定量关系计算亚铁离子物质的量，依据铁元素守恒得到样品中含有的铁元素质量分数；

解答 解：（1）装置中生成的氧气含有水蒸气需要在通入玻璃管前除去水蒸气，选用浓硫酸进行干燥；铁矿石和氧气反应生成氧化铁和二氧化硫，E装置是吸收二氧化硫气防止污染环境；
故答案为：浓硫酸，吸收二氧化硫；
（2）Ⅱ中加入过量H₂O₂溶液发生的反应是过氧化氢氧化亚硫酸根离子生成硫酸根离子，过氧化氢被还原为水，反应的离子方程式为：H₂O₂+SO₃^2-═SO₄^2-+H₂O；
故答案为：H₂O₂+SO₃^2-═SO₄^2-+H₂O；
（3）依据配制一定体积溶液的操作步骤分析，需要在250mL容量瓶中配制，高锰酸钾溶液具有强氧化性需要盛在酸式滴定管中；
故答案为：250mL容量瓶，酸式滴定管；
（4）样品质量为m₁g，依据流程分析可知得到硫酸钡沉淀为m₂g，硫元素物质的量=硫酸钡物质的量=$\frac{{m}_{2}g}{233g/mol}$=$\frac{{m}_{2}}{233}$mol；依据硫元素守恒计算硫元素质量得到硫元素的质量分数=$\frac{\frac{{m}_{2}}{233}mol×32g/mol}{{m}_{1}g}$×100%=$\frac{32{m}_{2}}{233{m}_{1}}$100%；
依据滴定实验消耗的高锰酸钾物质的量结合反应的定量关系计算亚铁离子物质的量，反应的离子方程式为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；
设亚铁离子物质的量为X，
25mL溶液消耗高锰酸钾物质的量=c mol/L×Vml×10^-3L/mol=cV×10^-3mol
5Fe²⁺～MnO₄^-
5       1
X       cV×10^-3mol
X=5cV×10^-3mol
所以250mL溶液中含铁元素物质的量5cV×10^-2mol
依据铁元素守恒得到样品中含有的铁元素质量分数=$\frac{5cV×1{0}^{-2}mol×56g/mol}{{m}_{1}g}$×100%=$\frac{2.8cV}{{m}_{1}}$×100%
故答案为：$\frac{2.8cV}{{m}_{1}}$×100%；

点评 本题考查了物质性质的实验探究方法和实验分析判断，过程中的定量计算关系是解题关键，题目难度中等．