Question

【題目】二氧化氯(ClO2)是一種廣譜、高效的殺菌消毒劑，有與氯氣相似的強烈刺激性氣味，易溶于水，沸點11℃，遇熱不穩定易分解發生爆炸。一種工業制法用硫鐵礦(主要成分為FeS2)還原氯酸鈉制取二氧化氯，某研究小組在實驗室設計如下裝置制備ClO2的水溶液。

(1)三頸燒瓶中加入NaClO3溶液、濃H2SO4，通入空氣，調節恒溫器至60℃，通過固體加料器緩慢勻速加入硫鐵礦粉末。反應開始時燒瓶內發生反應的離子方程式如下，請配平該方程式：__ClO3－ ＋__FeS2＋__H＋＝____ClO2＋____Fe3＋＋____SO42－＋____H2O

(2)裝置D的作用是__________。

(3)用上述反應完后的廢液(除上述產物外，還有Al3＋、Mg2＋、H＋、Cl－等)可制備摩爾鹽，即(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O。其操作流程如下：

回答下列問題：

①操作Ⅰ的名稱為：___________。

②試劑X是___________，寫出發生的主要反應的離子方程式__________。

③為測定(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O晶體中鐵的含量，某實驗小組做了如下實驗：用電子天平準確稱量5.000g硫酸亞鐵銨晶體，配制成250mL溶液。取所配溶液25.00mL于錐形瓶中，加稀H2SO4酸化，用0.01000mol/L KMnO4溶液滴定至Fe2+恰好全部氧化成Fe3+，同時，MnO4＿被還原成Mn2+。測得消耗KMnO4溶液的平均體積為21.00mL。則該晶體中鐵的質量分數為___________。(保留4位有效數字)

Answer 1

【答案】15 1 14 15 1 2 7 檢驗ClO2是否吸收完全 過濾 Fe 2Fe3＋＋Fe＝3Fe2＋ 11.76%

【解析】

A裝置是制取ClO2；ClO2易溶于水，沸點11℃，遇熱不穩定易分解發生爆炸，B裝置是冷凝收集ClO2，C裝置吸收未冷凝的氣態ClO2；ClO2有強氧化性，能使品紅褪色，D裝置品紅能被ClO2氧化而導致品紅褪色，是檢驗ClO2是否被完全吸收干凈，根據氧化還原反應的原理分析解答(1)和(2)；

(3)上述反應完后的廢液中主要含有Fe3+，還有Al3+、Mg2+、H+、Cl-等，根據流程圖，在廢液中加入過量的X后可得硫酸亞鐵，則X為鐵；在硫酸亞鐵晶體加入硫酸銨溶液，再蒸發濃縮、冷卻結晶，再減壓過濾可得(NH4)2Fe(SO4)26H2O晶體，根據得失電子守恒可得關系式5Fe2+～MnO4-，根據KMnO4的物質的量可計算出樣品中鐵元素的質量，進而計算鐵元素的質量分數，據此分析解答。

(1)NaClO3與FeS2的反應中，氯從+5價變為+4價，鐵從+2價變為+3價，硫從-2價變為+6價，根據化合價升降法結合電荷守恒和元素守恒配平離子方程式為15ClO3-+FeS2+14H+=15ClO2+Fe3++2SO42-+7H2O，故答案為：15；1；14；15；1；2；7；

(2)ClO2有強氧化性，能使品紅褪色，所以裝置D的作用是檢驗ClO2是否吸收完全，故答案為：檢驗ClO2是否吸收完全；

(3)上述反應完后的廢液中主要含有Fe3+，還有Al3+、Mg2+、H+、Cl-等，根據流程圖，在廢液中加入過量的X后可得硫酸亞鐵，則X為鐵；在硫酸亞鐵晶體加入硫酸銨溶液，再蒸發濃縮、冷卻結晶，再減壓過濾可得(NH4)2Fe(SO4)26H2O晶體。

①根據上面的分析可知，操作Ⅰ是分離固體和溶液，為過濾，故答案為：過濾；

②根據上面的分析可知，試劑X是 Fe，發生的主要反應的離子方程式為2Fe3++Fe=3Fe2+，故答案為：Fe；2Fe3++Fe=3Fe2+；

③根據電子得失守恒可得關系式5Fe2+～MnO4-，反應中消耗的KMnO4的物質的量為0.01000mol/L×21.00×10-3L=2.1×10-4mol，所以樣品中鐵元素的質量為2.1×10-4mol×5××56g/mol=0.588g，故鐵元素的質量分數為×100%=11.76%，故答案為：11.76%。