题目内容

黄铁矿是我国大多数硫酸厂制取硫酸的主要原料．某化学兴趣小组对某黄铁矿石（主要成分为FeS₂）进行如下实验探究．
[实验一]测定黄铁矿中硫元素的含量
Ⅰ．将m₁ g该黄铁矿样品放入如下图所示装置（夹持和加热装置省略）的石英管中，从a处不断地缓缓通入空气，高温灼烧石英管中的黄铁矿样品至反应完全．

Ⅱ．反应结束后，将乙瓶中的溶液进行如下处理：

问题讨论：
（1）Ⅰ中，石英管中发生的反应方程式为．
（2）Ⅱ中，为判断所加BaCl₂是否过量，有同学设计了如下实验方案，其中合理的是
A．取少量上层清液，继续滴加BaCl₂，若无沉淀产生则说明BaCl₂已过量．
B．取少量上层清液，继续滴加稀H₂SO₄，若沉淀产生则说明BaCl₂已过量．
C．待浊液澄清后，继续滴加BaCl₂，若无沉淀产生则说明BaCl₂已过量．
D．待浊液澄清后，继续滴加稀H₂SO₄，若沉淀产生则说明BaCl₂已过量．
（3）该黄铁矿中硫元素的质量分数为．
[实验二]测定黄铁矿中铁元素的含量
①用足量稀硫酸溶解石英管中的固体残渣；
②加还原剂使溶液中的Fe3+完全转化为Fe2+后，过滤、洗涤；
③将滤液稀释至250mL；
④取稀释液25.00mL，用浓度为0.10mol/L的酸性KMnO₄溶液滴定，实验平均消耗KMnO₄溶液体积为V mL．
问题讨论：
（4）④中，需要用到的主要仪器有；
（5）②中，若选用铁粉作还原剂．你认为合理吗？，理由是．
（6）黄铁矿中铁元素的质量分数为__．

解：实验一：（1）Ⅰ中，石英管中二硫化亚铁与氧气反应生成氧化铁与二氧化硫，反应方程式为4FeS₂+11O₂ $\text{[math]}$ 2Fe₂O₃+8SO₂，
故答案为：4FeS₂+11O₂ $\text{[math]}$ 2Fe₂O₃+8SO₂；
（2）加入BaCl₂溶液是将亚硫酸根转化为硫酸钡沉淀，判断所加BaCl₂是否过量方法是：待浊液澄清后，取少量上层清液，继续滴加BaCl₂，若无沉淀产生则说明BaCl₂已过量，
故选C；
（3）m₂g是硫酸钡的质量，硫酸钡的物质的量为 $\text{[math]}$ = $\text{[math]}$ mol，根据硫元素守恒可知黄铁矿中硫元素的质量为 $\text{[math]}$ mol×32g/mol= $\text{[math]}$ g，所以硫铁矿中硫元素的质量分数为 $\text{[math]}$ ×100%= $\text{[math]}$ ×100%，故答案为： $\text{[math]}$ ×100%；
实验二：（4）步骤④是滴定，需要用到的主要仪器有：铁架台、酸性滴定管、烧杯、滴定管夹、锥形瓶，
故答案为：铁架台、酸性滴定管、烧杯、滴定管夹、锥形瓶；
（5）该方案通过滴定生成生成的Fe²⁺，确定硫铁矿中铁元素的质量分数，用铁作还原剂会增加铁元素的量，导致测定的硫铁矿中铁元素的质量分数偏高，故不能用铁作还原剂，
故答案为：不合理；用铁作还原剂会增加铁元素的量；
（6）令m₁g硫铁矿中铁元素的质量为a，硫铁矿中铁元素的质量对亚铁离子的质量，则：
5Fe²⁺～MnO₄^-
280g 1mol
a 0.001VL×0.1mol/L× $\text{[math]}$ =0.001Vmol
所以a= $\text{[math]}$ ×280g/mol=0.28Vg
所以硫铁矿中铁元素的质量分数为 $\text{[math]}$ ×100%= $\text{[math]}$ %，故答案为： $\text{[math]}$ %．
分析：实验一：（1）Ⅰ中，石英管中二硫化亚铁与氧气反应生成氧化铁与二氧化硫；
（2）加入BaCl₂溶液是将亚硫酸根转化为硫酸钡沉淀，待浊液澄清后，取少量上层清液，继续滴加BaCl₂，检验是否含有硫酸根离子，若无沉淀产生则说明BaCl₂已过量；
（3）m₂g是硫酸钡的质量，计算硫酸钡的物质的量，根据硫元素守恒计算黄铁矿中硫元素的质量分数；
实验二：（4）步骤④是滴定，需要用到的主要仪器有：铁架台、酸性滴定管、烧杯、滴定管夹、锥形瓶；
（5）该方案通过滴定生成生成的Fe²⁺，确定硫铁矿中铁元素的质量分数，用铁作还原剂会增加铁元素的量；
（6）硫铁矿中铁元素的质量对亚铁离子的质量，根据电子转移守恒可得关系式5Fe²⁺～MnO₄^-，据此计算硫铁矿中铁元素的质量，进而计算铁元素的质量分数．
点评：本题考查学生对实验原理的理解、实验基本操作、对操作的评价、氧化还原滴定、化学计算等，综合性较大，难度中等，清楚实验原理是解题的关键，需要学生具备扎实的基础知识与综合运用知识分析问题、解决问题的能力．