Question

16．某中药主要含二硫化亚铁（FeS₂），某学习小组欲用如图1所示装置进行实验，测定其铁、硫元素的质量分数．

（1）装置中，A为高温灼烧装置，B为气体吸收装置，C为检测尾气中是否含有SO₂的传感器．取m g该中药样品于装置A中，经充分反应，使硫元素全部转化为SO₂和SO₃，在B中得到白色沉淀，传感器（装置C）未检测到SO₂．
①装置B中的H₂O₂反应时表现出了氧化性．
②欲计算硫元素的质量分数，需测量的数据是B中沉淀的质量．传感器的工作原理如图2所示．传感器中阴极的电极反应式是2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O．
（2）为测定铁元素的质量分数，继续实验．
a．将A装置中的剩余固体用足量盐酸酸浸，有少量H₂产生．充分反应后过滤，得到黄色滤液；
b．向滤液中滴加TiCl₃溶液，至恰好完全反应，TiCl₃被氧化为TiO²⁺；
c．用滴定法测定Fe²⁺的量，消耗v mL n mol/LK₂Cr₂O₇溶液．
①a中滤液含有的金属阳离子是Fe³⁺、Fe²⁺．
②b中反应的离子方程式是Fe³⁺+Ti³⁺+H₂O=Fe²⁺+TiO²⁺+2H⁺．
③c中K₂Cr₂O₇被还原为Cr³⁺，样品中铁元素质量分数的数学表示式是$\frac{33.6vn}{m}$．

Answer 1

分析 （1）①取m g该中药样品于装置A中，经充分反应，FeS₂燃烧生成二氧化硫和氧化铁，二氧化硫通入酸化的过氧化氢和氯化钡溶液中，使硫元素全部转化为SO₂和SO₃，在B中得到白色沉淀，发生氧化还原反应生成硫酸钡沉淀；
②元素守恒分析，需要测定B中沉淀质量计算硫元素物质的量；阴极发生还原反应，酸溶液中亚硫酸氢根离子得到电子生成S₂O₄^2-；
（2）①将A装置中的剩余固体用足量盐酸酸浸，有少量H₂产生．充分反应后过滤，得到黄色滤液，说明含有铁和氧化铁；
②向滤液中滴加TiCl₃溶液，至恰好完全反应，TiCl₃被铁离子氧化为TiO²⁺；
③用滴定法测定Fe²⁺的量，消耗v mL n mol/LK₂Cr₂O₇溶液，依据化学反应的定量关系计算得到．

解答 解：（1）①取m g该中药样品于装置A中，经充分反应，FeS₂燃烧生成二氧化硫和氧化铁，二氧化硫通入酸化的过氧化氢和氯化钡溶液中，使硫元素全部转化为SO₂和SO₃，在B中得到白色沉淀，发生氧化还原反应生成硫酸钡沉淀；过氧化氢的主要作用是氧化剂氧化+4价硫为+6价硫酸根离子，装置B中的H₂O₂反应时表现出了氧化性；
故答案为：氧化；  
②欲计算硫元素的质量分数，需要测定B中沉淀质量计算硫元素物质的量，所以测量的数据是B中沉淀的质量，阴极发生还原反应，酸溶液中亚硫酸氢根离子得到电子生成S₂O₄^2-，电极反应为2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O，
故答案为：B中沉淀的质量；2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O；
（2）①将A装置中的剩余固体用足量盐酸酸浸，有少量H₂产生证明含有铁，充分反应后过滤，得到黄色滤液，说明含有氧化铁，所以盐酸溶解后得到溶液中含有阳离子为：Fe³⁺、Fe²⁺；
故答案为：Fe³⁺、Fe²⁺；
②向滤液中滴加TiCl₃溶液，至恰好完全反应，TiCl₃被铁离子氧化为TiO²⁺，反应的离子方程式为：Fe³⁺+Ti³⁺+H₂O=Fe²⁺+TiO²⁺+2H⁺；
故答案为：Fe³⁺+Ti³⁺+H₂O=Fe²⁺+TiO²⁺+2H⁺；
③用滴定法测定Fe²⁺的量，消耗v mL n mol/LK₂Cr₂O₇溶液，则
   6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O
     6        1
n（Fe²⁺）      v×10^-3L×n mol/L
n=6vn×10^-3mol
样品中铁元素质量分数=$\frac{6vn×10{\;}^{-3}mol×56g/mol}{mg}$×100%=$\frac{0.336}{m}$Vn×100%=$\frac{33.6vn}{m}$，
故答案为：$\frac{33.6vn}{m}$．

点评 本题考查了物质组成的分析判断，主要是实验工厂分析，反应实质的理解应用，物质性质和反应定量计算的应用，掌握基础是关键，题目难度中等．