Question

二氧化氯(ClO₂)是一种广谱、高效的杀菌消毒剂，有与氯气相似的强烈刺激性气味，易溶于水，沸点11℃，遇热不稳定易分解发生爆炸。一种工业制法用硫铁矿(主要成分为FeS₂)还原氯酸钠制取二氧化氯，某研究小组在实验室设计如下装置制备ClO₂的水溶液。

(1)三颈烧瓶中加入NaClO₃溶液、浓H₂SO₄，通入空气，调节恒温器至60℃，通过固体加料器缓慢匀速加入硫铁矿粉末。反应开始时烧瓶内发生反应的离子方程式如下，请配平该方程式：__ClO₃^－ ＋__FeS₂＋__H^＋＝____ClO₂＋____Fe^3＋＋____SO₄^2－＋____H₂O

(2)装置D的作用是__________。

(3)用上述反应完后的废液(除上述产物外，还有Al^3＋、Mg^2＋、H^＋、Cl^－等)可制备摩尔盐，即(NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6H₂O。其操作流程如下：

回答下列问题：

①操作Ⅰ的名称为：___________。

②试剂X是___________，写出发生的主要反应的离子方程式__________。

③为测定(NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6H₂O晶体中铁的含量，某实验小组做了如下实验：用电子天平准确称量5.000g硫酸亚铁铵晶体，配制成250mL溶液。取所配溶液25.00mL于锥形瓶中，加稀H₂SO₄酸化，用0.01000mol/L KMnO₄溶液滴定至Fe²⁺恰好全部氧化成Fe³⁺，同时，MnO₄^＿被还原成Mn²⁺。测得消耗KMnO₄溶液的平均体积为21.00mL。则该晶体中铁的质量分数为___________。(保留4位有效数字)

Answer

15 1 14 15 1 2 7 检验ClO2是否吸收完全 过滤 Fe 2Fe3＋＋Fe＝3Fe2＋ 11.76%

【解析】

A装置是制取ClO2；ClO2易溶于水，沸点11℃，遇热不稳定易分解发生爆炸，B装置是冷凝收集ClO2，C装置吸收未冷凝的气态ClO2；ClO2有强氧化性，能使品红褪色，D装置品红能被ClO2氧化而导致品红褪色，是检验ClO2是否被完全吸收干净，根据氧化还原反应的原理分析解答(1)和(2)；

(3)上述反应完后的废液中主要含有Fe3+，还有Al3+、Mg2+、H+、Cl-等，根据流程图，在废液中加入过量的X后可得硫酸亚铁，则X为铁；在硫酸亚铁晶体加入硫酸铵溶液，再蒸发浓缩、冷却结晶，再减压过滤可得(NH4)2Fe(SO4)2•6H2O晶体，根据得失电子守恒可得关系式5Fe2+～MnO4-，根据KMnO4的物质的量可计算出样品中铁元素的质量，进而计算铁元素的质量分数，据此分析解答。

(1)NaClO3与FeS2的反应中，氯从+5价变为+4价，铁从+2价变为+3价，硫从-2价变为+6价，根据化合价升降法结合电荷守恒和元素守恒配平离子方程式为15ClO3-+FeS2+14H+=15ClO2+Fe3++2SO42-+7H2O，故答案为：15；1；14；15；1；2；7；

(2)ClO2有强氧化性，能使品红褪色，所以装置D的作用是检验ClO2是否吸收完全，故答案为：检验ClO2是否吸收完全；

(3)上述反应完后的废液中主要含有Fe3+，还有Al3+、Mg2+、H+、Cl-等，根据流程图，在废液中加入过量的X后可得硫酸亚铁，则X为铁；在硫酸亚铁晶体加入硫酸铵溶液，再蒸发浓缩、冷却结晶，再减压过滤可得(NH4)2Fe(SO4)2•6H2O晶体。

①根据上面的分析可知，操作Ⅰ是分离固体和溶液，为过滤，故答案为：过滤；

②根据上面的分析可知，试剂X是 Fe，发生的主要反应的离子方程式为2Fe3++Fe=3Fe2+，故答案为：Fe；2Fe3++Fe=3Fe2+；

③根据电子得失守恒可得关系式5Fe2+～MnO4-，反应中消耗的KMnO4的物质的量为0.01000mol/L×21.00×10-3L=2.1×10-4mol，所以样品中铁元素的质量为2.1×10-4mol×5××56g/mol=0.588g，故铁元素的质量分数为×100%=11.76%，故答案为：11.76%。