Question

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＋□Fe^3＋＋□SO₄^2－＋□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Al^3＋、Mg^2＋、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

（1）15ClO₃^－ ＋ FeS₂＋ 14H^＋＝ 15ClO₂＋ Fe^3＋＋2SO₄^2－＋7H₂O （3分）
（2）檢驗ClO₂是否吸收完全（2分）
（3）①過濾（2分） ②Fe（2分）； 2Fe^3＋＋Fe＝3Fe^2＋（2分）；③11.76%（3分）

試題分析：（1）配平時，鐵和硫元素是按照1﹕2進行的，總共失去十五摩爾的電子，而氯元素總共得到一摩爾的電子，因此在氯酸根離子前面乘以十五，然后按電荷守恒，和質量守恒來過行配來，就可以得到如下關系式：15ClO₃^－ ＋ FeS₂＋ 14H^＋＝ 15ClO₂＋ Fe^3＋＋2SO₄^2－＋7H₂O （3分）
（2）因為二氧化氯（ClO₂）是一種廣譜、高效的殺菌消毒劑，其一定具有強烈的氧化性，如若沒有被吸收完的話，進入到最后的D瓶中，可以使品紅褪色，所以是用來檢驗ClO₂是否吸收完全的（2分）
（3）第一步，是要用過量的鐵將生成的三價鐵離子還原為二價，因此①的操作是過濾（2分） ②Fe（2分）； 2Fe^3＋＋Fe＝3Fe^2＋（2分）；
③假設鐵離子的物質的量為xmol
MnO₄^＿ ～ ～ ～    5Fe²⁺
1mol                 5mol
0.01000mol/L×21.00mL×10           x
解之得：x＝1.05×10^－2mol,則鐵的質量分數為：
=11.76%