Question

9．氯化鐵是一種重要的鐵鹽，廣泛用于造紙、印染等污染處理．
【物質(zhì)制備】某興趣小組同學(xué)查找到以黃鐵礦（主要成分是二硫化亞鐵，化學(xué)式為FeS₂）為主要原料制備氯化鐵晶體的工業(yè)生產(chǎn)過程（圖1）：

（1）黃鐵礦是混合物（填“純凈”或“混合”），其中二硫化亞鐵中鐵元素的化合價(jià)為+2．
+2
（2）焙燒過程主要發(fā)生以下化學(xué)反應(yīng)，配平化學(xué)方程式：4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂
（3）該過程產(chǎn)生的尾氣中含有HCl等氣體，可用NaOH溶液來吸收（填化學(xué)式）．
【含量測(cè)定】在上述流程中產(chǎn)生的SO₂氣體可用于工業(yè)上生產(chǎn)硫酸，該興趣小組的同學(xué)為測(cè)定某黃鐵礦中硫元素的含量進(jìn)行了如下的實(shí)驗(yàn)探究．
已知二氧化硫與氫氧化鈉反應(yīng)生成的亞硫酸鈉能被過氧化氫氧化成硫酸鈉．（假設(shè)每步反應(yīng)均完全，不考慮裝置內(nèi)原有空氣對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響）
甲、乙二個(gè)實(shí)驗(yàn)小組均設(shè)計(jì)了下列裝置，稱取了m₁ g黃鐵礦樣品，將樣品放入如圖2所示的硬質(zhì)粗玻璃管中，從a處不斷地緩緩?fù)ㄈ肟諝�，高溫灼燒玻璃管中的黃鐵礦樣品至反應(yīng)完全．
甲組同學(xué)僅稱量了上述實(shí)驗(yàn)所需要的相關(guān)裝置質(zhì)量后即完成了測(cè)定．
乙組同學(xué)則在上述反應(yīng)結(jié)束后，將C瓶中的溶液進(jìn)行了如圖3處理：
【問題討論】：
（4）上述裝置中A瓶?jī)?nèi)所盛的試劑最好是氫氧化鈉溶液，其作用是吸收空氣中的CO₂．A、B裝置能否對(duì)調(diào)位置？否（填“能”或“否”）
（5）氣體進(jìn)入C瓶后，C瓶中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O．
（6）甲組同學(xué)應(yīng)稱量的數(shù)據(jù)是②④（填編號(hào)）．
①反應(yīng)前C裝置及其中物質(zhì)總質(zhì)量m₂ g
②反應(yīng)前C、D裝置及其中物質(zhì)總質(zhì)量m₃ g
③反應(yīng)后C裝置及其中物質(zhì)總質(zhì)量m₄ g
④反應(yīng)后C、D裝置及其中物質(zhì)總質(zhì)量m₅ g
（7）根據(jù)（6）中所選數(shù)據(jù)，甲組同學(xué)測(cè)得的該黃鐵礦中硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式為$\frac{{m}_{5}-{m}_{3}}{2{m}_{1}}$．
（8）乙組同學(xué)最終得到的固體的化學(xué)式為BaSO₄，檢驗(yàn)所加BaCl₂溶液是否過量的方法是靜置，在上層清液再加BaCl₂溶液，若無沉淀產(chǎn)生，則已過量，乙組的實(shí)驗(yàn)過程中洗滌濾渣的目的是除去沉淀表面的可溶性雜質(zhì)，若未洗滌就直接烘干稱量，則會(huì)使測(cè)定結(jié)果偏大（填“偏大、偏小或不變”），檢驗(yàn)濾渣是否洗凈所用試劑是硝酸銀或碳酸鈉、硫酸鈉溶液，該小組測(cè)定的硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式為$\frac{32{m}_{6}}{233{m}_{1}}$．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)黃鐵礦的主要成分是二硫化亞鐵，二硫化亞鐵中的鐵是亞鐵進(jìn)行分析；
（2）根據(jù)質(zhì)量守恒定律進(jìn)行分析；
（3）根據(jù)酸性氣體可以用堿性液體來吸收進(jìn)行分析；
（4）根據(jù)A瓶的作用是除去空氣中的二氧化碳進(jìn)行分析；
（5）根據(jù)二氧化硫和氫氧化鈉反應(yīng)會(huì)生成亞硫酸鈉和水進(jìn)行分析；
（6）根據(jù)C、D中增加的質(zhì)量是反應(yīng)生成的二氧化硫，然后結(jié)合樣品的質(zhì)量即可求出硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行分析；
（7）根據(jù)二氧化硫中硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以計(jì)算生成的二氧化硫中硫的質(zhì)量，再計(jì)算黃鐵礦中硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（8）根據(jù)過氧化氫有強(qiáng)氧化性，會(huì)將亞硫酸鈉氧化成硫酸鈉，硫酸鈉和氯化鋇會(huì)生成硫酸鋇沉淀，再根據(jù)硫原子守恒計(jì)算硫鐵礦中硫的質(zhì)量，從而計(jì)算其質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）黃鐵礦的主要成分是二硫化亞鐵，所以黃鐵礦是混合物，F(xiàn)eS₂名稱為二硫化亞鐵中鐵元素是亞鐵，所以鐵元素的化合價(jià)是+2價(jià)；
（2）通過質(zhì)量守恒定律可知，在化學(xué)反應(yīng)前后，原子的數(shù)目不變，所以經(jīng)過配平后的方程式為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
（3）尾氣中含有HCl等氣體，可用堿性液體吸收，如NaOH；
（4）通過分析可知，A瓶的作用是除去空氣中的二氧化碳，可以是氫氧化鈉溶液，A、B不能顛倒，否則不能將二氧化碳和水蒸氣除去，對(duì)后面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響；
（5）二氧化硫和氫氧化鈉反應(yīng)會(huì)生成亞硫酸鈉和水，化學(xué)方程式為：SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O；
（6）通過分析可知，C、D中增加的質(zhì)量是反應(yīng)生成的二氧化硫，知道了二氧化硫的質(zhì)量，再結(jié)合樣品的質(zhì)量即可求出硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，所以應(yīng)稱量的數(shù)據(jù)是：②④；
（7）二氧化硫中硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：50%，所以根據(jù)（6）中所選數(shù)據(jù)，甲組同學(xué)測(cè)得的該黃鐵礦中硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式為：$\frac{{m}_{5}-{m}_{3}}{2{m}_{1}}$；
（8）過氧化氫有強(qiáng)氧化性，會(huì)將亞硫酸鈉氧化成硫酸鈉，硫酸鈉和氯化鋇會(huì)生成硫酸鋇沉淀，所以乙組同學(xué)最終得到的固體的化學(xué)式為：BaSO₄，檢驗(yàn)所加BaCl₂溶液是否過量的方法是：靜置，在上層清液再加氯化鋇溶液，若無沉淀產(chǎn)生，則已過量，乙組的實(shí)驗(yàn)過程中洗滌濾渣的目的是：除去沉淀表面的可溶性雜質(zhì)，若未洗滌就直接烘干稱量，則會(huì)使測(cè)定結(jié)果偏大，檢驗(yàn)濾渣是否洗凈所用試劑可以是硝酸銀或碳酸鈉、硫酸鈉溶液，硫原子守恒計(jì)算硫鐵礦中硫的質(zhì)量，其中BaSO₄，的質(zhì)量為m₆g，所以該小組測(cè)定的硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式為：$\frac{32{m}_{6}}{233{m}_{1}}$．
故答案為：（1）混合，+2；
（2）4  11  2  8；
（3）NaOH；
（4）NaOH，吸收空氣中的CO₂，否；
（5）SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O；
（6）②④；
（7）$\frac{{m}_{5}-{m}_{3}}{2{m}_{1}}$；
（8）BaSO₄；靜置，在上層清液再加BaCl₂溶液，若無沉淀產(chǎn)生，則已過量；除去沉淀表面的可溶性雜質(zhì)；偏大；硝酸銀或碳酸鈉、硫酸鈉；$\frac{32{m}_{6}}{233{m}_{1}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)成分和含量的測(cè)定，涉及儀器選用、誤差分析、質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算等知識(shí)，具有較強(qiáng)的綜合性，解題時(shí)注意從質(zhì)量守恒的角度分析，本題難度中等．