Question

10．某實驗小組探究工業(yè)上廢渣（主要成分為Cu₂S和Fe₂O₃）的綜合利用，過程如下：

（1）該小組同學(xué)設(shè)計如圖1裝置模擬廢渣在過量氧氣中焙燒，并驗證廢渣中含有硫元素．
①在實驗室中，圖2裝置可以作為裝置A的是ac．
②證明廢渣中含有硫元素的實驗現(xiàn)象是裝置E中品紅溶液褪色．
③裝置F中生成白色沉淀的離子方程式為2SO₂+O₂+2H₂O+2Ba²⁺=2BaSO₄↓+4H⁺．
（2）某同學(xué)將上述實驗中灼燒后的固體A進行如下操作：

①固體B的成分是Fe、Cu（填化學(xué)式）．
②由溶液B得到綠礬的過程中應(yīng)該進行的操作是蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥．
③為測定產(chǎn)品中綠礬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，稱取30.0g樣品配成250mL溶液，取25.00mL溶液于錐形瓶中，用0.10mol•L^-1的酸性KMnO₄溶液進行滴定，反應(yīng)為10FeSO₄+8H₂SO₄+2KMnO₄═2MnSO₄+5Fe（SO₄）₃+K₂SO₄+8H₂O．實驗所得數(shù)據(jù)如表所示．

滴定次數(shù)	1	2	3	4
消耗酸性KMnO4溶液的體積/mL	19.10	20.02	19.98	20.00

Ⅰ．第1組實驗數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，造成這種異常的原因可能是ac（填字母）．
a．量取綠礬溶液的酸式滴定管用蒸餾水洗凈后未用標(biāo)準(zhǔn)液潤洗
b．錐形瓶洗凈后未干燥
c．滴定終點時俯視讀數(shù)
d．滴定前尖嘴有氣泡，滴定后氣泡消失
Ⅱ．根據(jù)表中數(shù)據(jù)，產(chǎn)品中綠礬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92.7%．

Answer 1

分析 （1）A中是用來制備氧氣，B中盛放濃硫酸干燥氧氣，C中硫化亞銅與氧氣反應(yīng)，D中進氣管短，應(yīng)是安全瓶，防止溶液倒吸，E裝置檢驗二氧化硫，F(xiàn)中氧氣與亞硫酸反應(yīng)生成硫酸，硫酸與氯化鋇溶液反應(yīng)，最后需要尾氣處理，防止二氧化硫污染空氣，
①實驗室制備氧氣的裝置可以依據(jù)固體和固體加熱反應(yīng)生成，選擇裝置，也可以選擇液體和固體不加熱反應(yīng)生成選擇裝置；
②證明廢渣中含有硫元素的實驗現(xiàn)象是驗證廢渣灼燒生成的氣體中含二氧化硫，可以利用裝置E中品紅溶液檢驗；
③氧氣與亞硫酸反應(yīng)生成硫酸，硫酸與氯化鋇溶液反應(yīng)；
（2）固體A是CuO和Fe₂O₃，固體A和稀硫酸混合，發(fā)生的反應(yīng)為CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，所以溶液A中成分為CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃，向溶液A中加入過量Fe屑，發(fā)生反應(yīng)CuSO₄+Fe=FeSO₄+Cu、2Fe₂（SO₄）₃+Fe=3FeSO₄，所以固體B成分是Fe、Cu，濾液B成分為FeSO₄，固體B和稀硫酸混合，F(xiàn)e和稀硫酸反應(yīng)生成FeSO₄，Cu和稀硫酸不反應(yīng)，過濾得到固體粗銅，硫酸亞鐵溶液蒸發(fā)結(jié)晶得到綠礬；
①依據(jù)上述分析得到、固體B為銅和鐵；
②由溶液B得到綠礬的過程是溶液中得到溶質(zhì)晶體的過程為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌、干燥得到；
③Ⅰ．第1組實驗數(shù)據(jù)偏小，
a．量取綠礬溶液的酸式滴定管用蒸餾水洗凈后未用標(biāo)準(zhǔn)液潤洗，待測液濃度減��；
b．錐形瓶洗凈后未干燥，溶質(zhì)的物質(zhì)的量未變；
c．滴定終點時俯視讀數(shù)，讀數(shù)在液面上方，滴定管刻度由上而下增大；
d．滴定前尖嘴有氣泡，滴定后氣泡消失，高錳酸鉀溶液體積對數(shù)應(yīng)大于實際消耗量；
Ⅱ．第2、3、4組數(shù)據(jù)平均值為消耗高錳酸鉀溶液體積，根據(jù)方程式計算產(chǎn)品中綠礬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）A中是用來制備氧氣的裝置，B中盛放濃硫酸干燥氧氣，廢棄固體主要成分Cu₂S和Fe₂O₃，C中硫化亞銅與氧氣反應(yīng)，灼燒廢氣固體發(fā)生反應(yīng)Cu₂S+2O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SO₂+2CuO，固體A是CuO和Fe₂O₃，D中進氣管短，應(yīng)是安全瓶，防止溶液倒吸，E裝置檢驗二氧化硫，F(xiàn)中氧氣與亞硫酸反應(yīng)生成硫酸，硫酸與氯化鋇溶液反應(yīng)，最后需要尾氣處理，防止二氧化硫污染空氣，
①制備氧氣的方法為二氧化錳和氯酸鉀固體加熱反應(yīng)生成氧氣可以選擇裝置c，也可以用過氧化氫滴入固體二氧化錳中發(fā)生反應(yīng)生成氧氣，可以選擇裝置a，
故答案為：ac；
②證明廢渣中含有硫元素的實驗現(xiàn)象是驗證廢渣灼燒生成的氣體中含二氧化硫，利用裝置E中品紅溶液褪色證明含有硫元素，
故答案為：裝置E中品紅溶液褪色；
③氧氣與亞硫酸反應(yīng)生成硫酸，硫酸與氯化鋇溶液反應(yīng)，總的反應(yīng)離子方程式為：2SO₂+O₂+2H₂O+2Ba²⁺=2BaSO₄↓+4H⁺，
故答案為：2SO₂+O₂+2H₂O+2Ba²⁺=2BaSO₄↓+4H⁺；
（2）固體A是CuO和Fe₂O₃，固體A和稀硫酸混合，發(fā)生的反應(yīng)為CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，所以溶液A中成分為CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃，向溶液A中加入過量Fe屑，發(fā)生反應(yīng)CuSO₄+Fe=FeSO₄+Cu、2Fe₂（SO₄）₃+Fe=3FeSO₄，所以固體B成分是Fe、Cu，濾液B成分為FeSO₄，固體B和稀硫酸混合，F(xiàn)e和稀硫酸反應(yīng)生成FeSO₄，Cu和稀硫酸不反應(yīng)，過濾得到固體粗銅，硫酸亞鐵溶液蒸發(fā)結(jié)晶得到綠礬；
①上述分析得到、固體B為銅和鐵，
故答案為：Fe、Cu；
②由溶液B得到綠礬的過程是溶液中得到溶質(zhì)晶體的過程為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌、干燥得到，
故答案為：蒸發(fā)濃縮，過濾，干燥；
③Ⅰ．a(chǎn)．量取綠礬溶液的酸式滴定管用蒸餾水洗凈后未用標(biāo)準(zhǔn)液潤洗，待測液濃度減小，消耗酸性高錳酸鉀溶液體積應(yīng)偏小，測定濃度偏低，故a符合；
b．錐形瓶洗凈后未干燥，溶質(zhì)的物質(zhì)的量未變，不影響高錳酸鉀溶液體積，故b不符合；
c．滴定終點時俯視讀數(shù)，讀數(shù)在液面上方，滴定管刻度由上而下增大，則讀數(shù)偏小，故c符合；
d．滴定前尖嘴有氣泡，滴定后氣泡消失，高錳酸鉀溶液體積對數(shù)應(yīng)大于實際消耗量，故d不符合，
故選：ac；
Ⅱ．消耗高錳酸鉀溶液體積為$\frac{（20.2+19.98+20.00）ml}{3}$=20mL，
設(shè)產(chǎn)品中綠礬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為x，則：
            10FeSO₄+8H₂SO₄+2KMnO₄═2MnSO₄+5Fe₂（SO₄）₃+K₂SO₄+8H₂O
           1520g            2mol
30g×$\frac{152}{152+126}$×x×$\frac{25ml}{250ml}$  0.02L×0.1mol/L
所以1520g：30g×$\frac{152}{152+126}$×x×$\frac{25ml}{250ml}$=2mol：0.02L×0.1mol/L
解得x=92.7%，
故答案為：92.7%．

點評 本題是化學(xué)工藝流程與綜合實驗題目，涉及混合物的分離和提純、對裝置的分析與評價、物質(zhì)含量測定等，側(cè)重考查學(xué)生分析問題能力、實驗操作能力，明確物質(zhì)的性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，能從整體上分析各個步驟發(fā)生的反應(yīng)，題目難度中等．