Question

3．某實驗小組用工業(yè)上廢渣（主要成分Cu₂S和Fe₂O₃）制取純銅和綠礬（FeSO₄•7H₂O）產(chǎn)品，設(shè)計流程如圖1：

（1）在實驗室中，欲用98%的濃硫酸（密度為1.84g•mL^-1）配制500mL1.0mol•L^-1的硫酸，需要的儀器除量筒、燒杯、玻璃棒外、膠頭滴管，還有500mL容量瓶．
（2）該小組同學設(shè)計如圖2裝置模擬廢渣在過量氧氣中焙燒，并驗證廢渣中含硫元素．

①裝置A中反應(yīng)的化學方程式為2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑；D裝置作用安全瓶，E裝置中的現(xiàn)象是品紅溶液紅色褪去
②當F裝置中出現(xiàn)白色沉淀時，反應(yīng)離子方程式為2SO₂+O₂+2H₂O+2Ba²⁺=2BaSO₄↓+4H⁺
③反應(yīng)裝置不完善，為避免空氣污染，在圖3方框中補全裝置圖，并注明試劑名稱．
（3）從圖4選擇合適的裝置，寫出步驟⑤中進行的操作順序cb（填序號）
（4）步驟⑥中由粗銅得到純銅的方法為電解精煉（填寫名稱）．
（5）為測定產(chǎn)品中綠礬的質(zhì)量分數(shù)，稱取30.0g樣品溶于水配成250mL溶液，取25.00mL溶液于錐形瓶中，用0.1000mol•L^-1酸性KMnO₄溶液進行滴定，反應(yīng)為：10FeSO₄+8H₂SO₄+2KMnO₄═2MnSO₄+5Fe₂（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
KMnO4溶液體積/mL	19.10	20.02	19.98	20.00

①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c（填代號）．
a．酸式滴定管用蒸餾水洗凈后未用標準液潤洗
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
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)，計算所得產(chǎn)品中綠礬的質(zhì)量分數(shù)為92.7%．

Answer 1

分析 廢棄固體主要成分Cu₂S和Fe₂O₃，灼燒廢氣固體發(fā)生反應(yīng)Cu₂S+2O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SO₂+2CuO，所以氣體a是SO₂，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）用98%的濃硫酸配制500mL1.0mol•L^-1的硫酸，需要的儀器除量筒、燒杯、玻璃棒外、膠頭滴管，還有500mL容量瓶；
（2）A中制備氧氣，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過氧化鈉與水反應(yīng)生成氫氧化鈉與氧氣；D的為安全瓶；二氧化硫具有漂白性；
②氧氣與亞硫酸反應(yīng)生成硫酸，硫酸與氯化鋇溶液反應(yīng)；
③圖3方框中裝置為吸收二氧化硫尾氣處理裝置，可以盛放氫氧化鈉溶液，用導致的漏斗防止倒吸；
（3）步驟⑤是從溶液中獲得晶體，需要進行加熱蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、過濾等操作；
（4）步驟⑥中由粗銅得到純銅的方法為電解精煉；
（5）①第1組實驗數(shù)據(jù)偏小，
①a．酸式滴定管用蒸餾水洗凈后未用標準液潤洗，酸性高錳酸鉀溶液濃度變��；
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，高錳酸鉀溶液體積讀數(shù)應(yīng)大于實際消耗量；
②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)量分數(shù)．

解答 解：廢棄固體主要成分Cu₂S和Fe₂O₃，灼燒廢氣固體發(fā)生反應(yīng)Cu₂S+2O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SO₂+2CuO，所以氣體a是SO₂，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）用98%的濃硫酸配制500mL1.0mol•L^-1的硫酸，需要的儀器除量筒、燒杯、玻璃棒外、膠頭滴管，還有500mL容量瓶，
故答案為：500mL容量瓶；
（2）A中制備氧氣，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過氧化鈉與水反應(yīng)生成氫氧化鈉與氧氣，反應(yīng)方程式為：2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，D的為安全瓶；二氧化硫具有漂白性，E裝置中品紅溶液紅色褪去，
故答案為：2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑；安全瓶；品紅溶液紅色褪去；
②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⁺；
③圖3方框中裝置為吸收二氧化硫尾氣處理裝置，可以盛放氫氧化鈉溶液，用導致的漏斗防止倒吸，裝置圖為：，
故答案為：；
（3）步驟⑤是從溶液中獲得晶體，需要進行加熱蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、過濾等操作，步驟⑤中進行的操作順序為cb，
故答案為：cb；
（4）步驟⑥中由粗銅得到純銅的方法為電解精煉，
故答案為：電解精煉；
（5）①a．酸式滴定管用蒸餾水洗凈后未用標準液潤洗，酸性高錳酸鉀溶液濃度變稀，消耗體積應(yīng)偏大，故a不符合；
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，高錳酸鉀溶液體積讀數(shù)應(yīng)大于實際消耗量，故d不符合，
故選：c；
②消耗高錳酸鉀溶液體積為$\frac{（20.02+19.98+20.00）mL}{3}$=20mL，
設(shè)產(chǎn)品中綠礬的質(zhì)量分數(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．