Question

11．二氧化氯（ClO₂）是一种广谱、高效的杀菌消毒剂，有与氯气相似的强烈刺激性气味，易溶于水，沸点11℃，遇热不稳定易分解发生爆炸．一种工业制法用硫铁矿（主要成分为FeS₂）还原氯酸钠制取二氧化氯，某研究小组在实验室设计如下装置制备ClO₂的水溶液．

（1）三颈烧瓶中加入NaClO₃溶液、浓H₂SO₄，通入空气，调节恒温器至60℃，通过固体加料器缓慢匀速加入硫铁矿粉末．反应开始时烧瓶内发生反应的离子方程式如下，请配平该方程式：
15ClO₃^-+1FeS₂+14H⁺=15ClO₂+1Fe³⁺+2SO₄^2-+7H₂O
（2）装置D的作用是检验ClO₂是否吸收完全．
（3）用上述反应完后的废液（除上述产物外，还有Al³⁺、Mg²⁺、H⁺、Cl^-等）可制备摩尔盐，即（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O．其操作流程如下：

回答下列问题：
①操作Ⅰ的名称为：过滤．
②试剂X是Fe，写出发生的主要反应的离子方程式2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．
③为测定（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O晶体中铁的含量，某实验小组做了如下实验：用电子天平准确称量5.000g硫酸亚铁铵晶体，配制成250mL溶液．取所配溶液25.00mL于锥形瓶中，加稀H₂SO₄酸化，用0.01000mol/L KMnO₄溶液滴定至Fe²⁺恰好全部氧化成Fe³⁺，同时，MnO₄^-还原成Mn²⁺．测得消耗KMnO₄溶液的平均体积为21.00mL．则该晶体中铁的质量分数为11.76%．（保留4位有效数字）

Answer 1

分析 （1）NaClO₃与FeS₂的反应中，氯从+5价变为+4价，铁从+2价变为+3价，硫从-2价变为+6价，根据化合价升降法结合电荷守恒和元素守恒配平离子方程式；
（2）ClO₂有强氧化性，能使品红褪色，通过品红可以判断ClO₂是否吸收完全；
（3）上述反应完后的废液主要含有Fe³⁺，还有Al³⁺、Mg²⁺、H⁺、Cl^-等，在废液中加入过量的铁粉，将铁离子还原为亚铁离子，过滤得滤液，将滤液蒸发浓缩、冷却结晶，再减压过滤可得硫酸亚铁晶体，在硫酸亚铁晶体加入硫酸铵溶液，再蒸发浓缩、冷却结晶，再减压过滤可得（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O晶体，根据电子复件守恒可得关系式5Fe²⁺～MnO₄^-，根据KMnO₄的物质的量可计算出样品中铁元素的质量，进而计算铁元素的质量分数，据此答题．

解答 解：（1）NaClO₃与FeS₂的反应中，氯从+5价变为+4价，铁从+2价变为+3价，硫从-2价变为+6价，根据化合价升降法结合电荷守恒和元素守恒配平离子方程式为15ClO₃^-+FeS₂+14H⁺=15ClO₂+Fe³⁺+2SO₄^2-+7H₂O，
故答案为：15；1；14；15；1；2；7；
（2）ClO₂有强氧化性，能使品红褪色，所以装置D的作用是检验ClO₂是否吸收完全，
故答案为：检验ClO₂是否吸收完全；
（3）上述反应完后的废液主要含有Fe³⁺，还有Al³⁺、Mg²⁺、H⁺、Cl^-等，在废液中加入过量的铁粉，将铁离子还原为亚铁离子，过滤得滤液，将滤液蒸发浓缩、冷却结晶，再减压过滤可得硫酸亚铁晶体，在硫酸亚铁晶体加入硫酸铵溶液，再蒸发浓缩、冷却结晶，再减压过滤可得（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O晶体，根据电子复件守恒可得关系式5Fe²⁺～MnO₄^-，根据KMnO₄的物质的量可计算出样品中铁元素的质量，进而计算铁元素的质量分数，据此答题；
①根据上面的分析可知，操作Ⅰ的名称为过滤，
故答案为：过滤；
②根据上面的分析可知，试剂X是 Fe，发生的主要反应的离子方程式为2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，
故答案为：Fe；2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
③根据电子复件守恒可得关系式5Fe²⁺～MnO₄^-，反应中消耗的KMnO₄的物质的量为0.01000mol/L×21.00×10^-3 L=2.1×10^-4mol，所以样品中铁元素的质量为2.1×10^-4mol×5×$\frac{250}{25}$×56g/mol=0.588g，故铁元素的质量分数为$\frac{0.588g}{5.000g}$×100%=11.76%，
故答案为：11.76%．

点评 本题考查了物质制备的实验、实验步骤、实验基本操作及化学计算等，掌握基础是关键，题目难度中等．