Question

9．氯化铁是一种重要的铁盐，广泛用于造纸、印染等污染处理．
【物质制备】某兴趣小组同学查找到以黄铁矿（主要成分是二硫化亚铁，化学式为FeS₂）为主要原料制备氯化铁晶体的工业生产过程（图1）：

（1）黄铁矿是混合物（填“纯净”或“混合”），其中二硫化亚铁中铁元素的化合价为+2．
+2
（2）焙烧过程主要发生以下化学反应，配平化学方程式：4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂
（3）该过程产生的尾气中含有HCl等气体，可用NaOH溶液来吸收（填化学式）．
【含量测定】在上述流程中产生的SO₂气体可用于工业上生产硫酸，该兴趣小组的同学为测定某黄铁矿中硫元素的含量进行了如下的实验探究．
已知二氧化硫与氢氧化钠反应生成的亚硫酸钠能被过氧化氢氧化成硫酸钠．（假设每步反应均完全，不考虑装置内原有空气对测定结果的影响）
甲、乙二个实验小组均设计了下列装置，称取了m₁ g黄铁矿样品，将样品放入如图2所示的硬质粗玻璃管中，从a处不断地缓缓通入空气，高温灼烧玻璃管中的黄铁矿样品至反应完全．
甲组同学仅称量了上述实验所需要的相关装置质量后即完成了测定．
乙组同学则在上述反应结束后，将C瓶中的溶液进行了如图3处理：
【问题讨论】：
（4）上述装置中A瓶内所盛的试剂最好是氢氧化钠溶液，其作用是吸收空气中的CO₂．A、B装置能否对调位置？否（填“能”或“否”）
（5）气体进入C瓶后，C瓶中发生反应的化学方程式为SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O．
（6）甲组同学应称量的数据是②④（填编号）．
①反应前C装置及其中物质总质量m₂ g
②反应前C、D装置及其中物质总质量m₃ g
③反应后C装置及其中物质总质量m₄ g
④反应后C、D装置及其中物质总质量m₅ g
（7）根据（6）中所选数据，甲组同学测得的该黄铁矿中硫元素的质量分数的表达式为$\frac{{m}_{5}-{m}_{3}}{2{m}_{1}}$．
（8）乙组同学最终得到的固体的化学式为BaSO₄，检验所加BaCl₂溶液是否过量的方法是静置，在上层清液再加BaCl₂溶液，若无沉淀产生，则已过量，乙组的实验过程中洗涤滤渣的目的是除去沉淀表面的可溶性杂质，若未洗涤就直接烘干称量，则会使测定结果偏大（填“偏大、偏小或不变”），检验滤渣是否洗净所用试剂是硝酸银或碳酸钠、硫酸钠溶液，该小组测定的硫元素的质量分数的表达式为$\frac{32{m}_{6}}{233{m}_{1}}$．

Answer 1

分析 （1）根据黄铁矿的主要成分是二硫化亚铁，二硫化亚铁中的铁是亚铁进行分析；
（2）根据质量守恒定律进行分析；
（3）根据酸性气体可以用碱性液体来吸收进行分析；
（4）根据A瓶的作用是除去空气中的二氧化碳进行分析；
（5）根据二氧化硫和氢氧化钠反应会生成亚硫酸钠和水进行分析；
（6）根据C、D中增加的质量是反应生成的二氧化硫，然后结合样品的质量即可求出硫元素的质量分数进行分析；
（7）根据二氧化硫中硫元素的质量分数可以计算生成的二氧化硫中硫的质量，再计算黄铁矿中硫元素的质量分数；
（8）根据过氧化氢有强氧化性，会将亚硫酸钠氧化成硫酸钠，硫酸钠和氯化钡会生成硫酸钡沉淀，再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．

解答 解：（1）黄铁矿的主要成分是二硫化亚铁，所以黄铁矿是混合物，FeS₂名称为二硫化亚铁中铁元素是亚铁，所以铁元素的化合价是+2价；
（2）通过质量守恒定律可知，在化学反应前后，原子的数目不变，所以经过配平后的方程式为：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
（3）尾气中含有HCl等气体，可用碱性液体吸收，如NaOH；
（4）通过分析可知，A瓶的作用是除去空气中的二氧化碳，可以是氢氧化钠溶液，A、B不能颠倒，否则不能将二氧化碳和水蒸气除去，对后面的实验结果造成影响；
（5）二氧化硫和氢氧化钠反应会生成亚硫酸钠和水，化学方程式为：SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O；
（6）通过分析可知，C、D中增加的质量是反应生成的二氧化硫，知道了二氧化硫的质量，再结合样品的质量即可求出硫元素的质量分数，所以应称量的数据是：②④；
（7）二氧化硫中硫元素的质量分数为：50%，所以根据（6）中所选数据，甲组同学测得的该黄铁矿中硫元素的质量分数的表达式为：$\frac{{m}_{5}-{m}_{3}}{2{m}_{1}}$；
（8）过氧化氢有强氧化性，会将亚硫酸钠氧化成硫酸钠，硫酸钠和氯化钡会生成硫酸钡沉淀，所以乙组同学最终得到的固体的化学式为：BaSO₄，检验所加BaCl₂溶液是否过量的方法是：静置，在上层清液再加氯化钡溶液，若无沉淀产生，则已过量，乙组的实验过程中洗涤滤渣的目的是：除去沉淀表面的可溶性杂质，若未洗涤就直接烘干称量，则会使测定结果偏大，检验滤渣是否洗净所用试剂可以是硝酸银或碳酸钠、硫酸钠溶液，硫原子守恒计算硫铁矿中硫的质量，其中BaSO₄，的质量为m₆g，所以该小组测定的硫元素的质量分数的表达式为：$\frac{32{m}_{6}}{233{m}_{1}}$．
故答案为：（1）混合，+2；
（2）4  11  2  8；
（3）NaOH；
（4）NaOH，吸收空气中的CO₂，否；
（5）SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O；
（6）②④；
（7）$\frac{{m}_{5}-{m}_{3}}{2{m}_{1}}$；
（8）BaSO₄；静置，在上层清液再加BaCl₂溶液，若无沉淀产生，则已过量；除去沉淀表面的可溶性杂质；偏大；硝酸银或碳酸钠、硫酸钠；$\frac{32{m}_{6}}{233{m}_{1}}$．

点评 本题考查物质成分和含量的测定，涉及仪器选用、误差分析、质量分数计算等知识，具有较强的综合性，解题时注意从质量守恒的角度分析，本题难度中等．