Question

黄铁矿（主要成分为FeS₂）是我国大多数硫酸厂制取硫酸的主要原料．某化学学习小组对某黄铁矿石进行如下实验探究．
[实验一]测定硫元素的含量．
Ⅰ、将m₁g该黄铁矿样品放入如右图所示装置（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．石英管中发生反应的化学方程式为：4FeS₂+11O₂═2Fe₂O₃+8SO₂
Ⅱ、反应结束后，将乙瓶中的溶液进行如下处理：


[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图所示．

问题讨论：
（1）I中，甲瓶内所盛试剂是

NaOH

溶液．乙瓶内发生反应的离子方程式为

SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O、2SO₃^2-+O₂=2SO₄^2-

．
（2）II中，乙瓶加入H₂O₂溶液时反应的离子方程式为

SO₃^2-+H₂O₂═SO₄^2-+H₂O

．
（3）该黄铁矿中硫元素的质量分数为

32m2

233m1

×100%

．
（4）III的步骤③中，需要用到的仪器除烧杯、玻璃棒、胶头滴管外，还有

250ml容量瓶

．
（5）III的步骤④中，表示滴定已达终点的现象是

最后一滴高锰酸钾溶液滴入时，溶液颜色突变为紫色，且在30s内不变色

．
（6）Ⅲ的步骤④进行了三次平行实验，测得消耗KMnO₄溶液体积分别为24.98mL、24.80mL、25.02mL（KMnO₄被还原为Mn²⁺）．根据上述数据，可计算出该黄铁矿样品铁元素的质量分数为

7

m1

．

Answer 1

分析：（1）为防止最后乙溶液中混有BaCO₃沉淀而影响实验结果，应将空气中的二氧化碳除去，所以甲装置中可用NaOH溶液，过量NaOH溶液与SO₂反应生成SO₃^2-和H₂O，亚硫酸根离子能被氧气氧化生成硫酸根离子；
（2）过氧化氢具有强氧化性，将亚硫酸根离子氧化为硫酸根，同时生成水；
（3）最终得到的沉淀为硫酸钡，根据硫原子守恒计算硫铁矿中硫的质量，从而计算其质量分数；
（4）配制250ml一定物质的量浓度的溶液需要烧杯、玻璃棒、胶头滴管、量筒、250ml容量瓶等仪器；
（5）最后一滴高锰酸钾溶液滴入时，溶液颜色突变为紫色，且在30s内不变色，说明滴定到达终点；
（6）令硫铁矿中铁元素的质量分数为a，根据关系式MnO₄^-～5Fe²⁺～5Fe计算硫铁矿中铁元素的质量分数．

解答：解：（1）为防止最后乙溶液中混有BaCO₃沉淀而影响实验结果，应将空气中的二氧化碳除去，所以甲装置中可用NaOH溶液，过量NaOH溶液与SO₂反应生成SO₃^2-和H₂O，亚硫酸根离子能被氧气氧化生成硫酸根离子，乙中反应离子方程式为SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O\2SO₃^2-+O₂=2SO₄^2-，
故答案为：NaOH；SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O、2SO₃^2-+O₂=2SO₄^2-；
（2）过氧化氢具有强氧化性，将亚硫酸根离子氧化为硫酸根，同时生成水，反应离子方程式为：SO₃^2-+H₂O₂═SO₄^2-+H₂O，
故答案为：SO₃^2-+H₂O₂═SO₄^2-+H₂O；
（3）根据硫元素守恒，m₁gFeS₂中的硫元素最终全部生成BaSO₄，则有n（BaSO₄）=

m2

233

mol，所以n（S）=

m2

233

mol，所以黄铁矿中硫元素的质量分数为：

m2 233 mol×32g/mol

m1

×100%=

32m2

233m1

×100%，
故答案为：

32m2

233m1

×100%；
（4）Ⅲ的步骤③中，一定物质的量浓度溶液的配制中，除了烧杯、玻璃棒、胶头滴管外，还需要250mL容量瓶，
故答案为：250mL容量瓶；
（5）最后一滴高锰酸钾溶液滴入时，溶液颜色突变为紫色，且在30s内不变色，说明滴定到达终点，
故答案为：最后一滴高锰酸钾溶液滴入时，溶液颜色突变为紫色，且在30s内不变色；
（6）令硫铁矿中铁元素的质量分数为a，则：
               MnO₄^-～5Fe²⁺～5Fe
               1mol         5×56g
0.1mol/L×25×10^-3L×10       m₁a g
所以1mol：0.1mol/L×25×10^-3L×10=5×56g：m₁a g
解得a=

7

m1

，
故答案为：

7

m1

．

点评：本题考查物质成分和含量的测定，涉及常用化学用语、溶液的配制、氧化还原滴定、化学计算等，具有较强的综合性，计算时注意从质量守恒与关系式的角度分析．