Question

黄铁矿（主要成分为FeS₂，含少量其他金属硫化物）曾是我国一些硫酸厂制取硫酸够主要原料．某化学学习小组对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黄铁矿样品放入如图1所示装置（夹持和加热装置省略）的石英管中，往甲瓶中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．石英管中主要发生反应的化学方程式为
4FeS₂+11O₂

高温  .

Fe₂O₃+8SO₂．
Ⅱ．反应结束后，将乙瓶中的溶液按图2的流程进行处理（H₂O₂可以氧化亚硫酸钠）．

【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3所示（假设其他金属元素不影响铁元素的测定；MnO

- 4

在酸性条件下可将
Fe²⁺氧化成Fe³⁺，并被还原为Mn²⁺）．

问题讨论：
（1）图1装置中，甲瓶内所盛试剂是

 

溶液．
（2）图2流程中除了可以用H₂O₂溶液作为氧化剂，还可用

 

（填序号）为氧化剂．
①氯水    ②浓硫酸    ③HNO₃    ④Fe₂（SO₄）₃
（3）该黄铁矿中硫元素的质量分数为

 

（用含字母的式子表示）．
（4）写出在酸性溶液中，KMnO₄与Fe²⁺反应的离子方程式

 

．
（5）列式计算黄铁矿样品中铁元素的质量（没有计算过程；计算结果正确也不给分）．

 

．

Answer 1

考点：探究物质的组成或测量物质的含量

专题：实验探究和数据处理题

分析：（1）空气中含有二氧化碳，能和乙中的氢氧化钠反应生成碳酸钠，碳酸钠和氯化钡反应生成碳酸钡导致沉淀量增大，从而导致干扰硫元素的测定，所以要把空气中二氧化碳除去，用氢氧化钠或氢氧化钾溶液除去即可；
（2）图2流程目的是将+2价铁氧化为+3价铁，应选择氧化性较强的氧化剂；
（3）分析最终产物，根据S元素守恒计算；
（4）亚铁离子有还原性，酸性条件下高锰酸根离子有强氧化性，所以能发生氧化还原反应生成锰离子、铁离子和水，据此写出离子方程式；
（5）根据铁元素守恒计算得出．

解答： 解：（1）空气中含有二氧化碳，能和乙中的氢氧化钠反应生成碳酸钠，碳酸钠和氯化钡反应生成碳酸钡导致沉淀量增大，从而导致干扰硫元素的测定，所以要把空气中二氧化碳除去，用氢氧化钠或氢氧化钾溶液除去即可，所以甲中盛放的是氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，故答案为：NaOH或KOH；
（2）图2流程目的是将+2价铁氧化为+3价铁，应选择氧化性较强的氧化剂，氯水和HNO₃都能氧化亚铁离子，故答案为：①③；
（3）最终所得沉淀是硫酸钡，根据硫原子守恒得硫的质量，设硫的质量为x，
S～BaSO₄
32g   233g
x     m₂g   
x=

32m2

233

，质量分数=

32m2 233

m1

×100%=

32m2

233m1

×100%，故答案为：

32m2

233m1

×100%；
（4）亚铁离子有还原性，酸性条件下高锰酸根离子有强氧化性，所以能发生氧化还原反应生成锰离子、铁离子和水，离子方程式为5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；Fe²⁺离子与酸性高锰酸钾反应的离子方程式为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，故答案为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
（5）滤液中含Fe²⁺物质的量为：n（Fe²⁺）=5×0.100mol?L^-1×V×10^-3L=5.00×10^-4Vmol，样品中含铁元素：n（Fe）=10×

2

3

×5.00×10^-4Vmol=

1

3

×10^-2Vmol，样品中铁元素的质量：m（Fe）=56g?mol^-1×

1

3

×10^-2Vmol=0.187Vg，故答案为：0.187Vg．

点评：考查物质组成与含量的测定、对实验原理理解、氧化还原滴定、阅读获取信息的能力等，难度较大，是对知识的综合运用，理解实验原理是解题的关键，需要学生具有扎实的基础与综合运用分析解决问题的能力，质量分数计算量较大、步骤较多，是易错点．．