Question

20．硫酸廠用煅燒黃鐵礦（FeS₂）來制取硫酸，實驗室利用硫酸廠燒渣（主要成分是Fe₂O₃及少量FeS、SiO₂）制備綠礬．
（1）SO₂和O₂反應制取SO₃的反應原理為2SO₂（g）+O₂（g）$?_{△}^{催化劑}$2SO₃（g），在一密閉容器中一定時間內(nèi)達到平衡．
①該反應的平衡常數(shù)表達式為K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）c（{O}_{2}）}$．
②該反應達到平衡狀態(tài)的標志是BD．
A．v（SO₂）=v（SO₃）  　　　　　　　　
B．混合物的平均相對分子質(zhì)量不變
C．混合氣體質(zhì)量不變 　　　　　　
D．各組分的體積分數(shù)不變
（2）某科研單位利用原電池原理，用SO₂和O₂來制備硫酸，裝置如圖，電極為多孔的材料，能吸附氣體，同時也能使氣體與電解質(zhì)溶液充分接觸．
①B電極的電極反應式為SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
②溶液中H⁺的移動方向由B極到A極（用A、B表示）；
（3）測定綠礬產(chǎn)品中含量的實驗步驟：
a．稱取5.7 g產(chǎn)品，溶解，配成250 mL溶液
b．量取25 mL待測液于錐形瓶中
c．用硫酸酸化的0.01 mol/L KMnO₄溶液滴定至終點，消耗KMnO₄溶液體積40 mL
根據(jù)上述步驟回答下列問題：
①滴定時發(fā)生反應的離子方程式為（完成并配平離子反應方程式）．
5Fe²⁺+1MnO₄^-+8H⁺--5Fe³⁺+1Mn²⁺+4H₂O
②用硫酸酸化的KMnO₄滴定終點的標志是滴定最后一滴酸性KMnO₄時溶液呈淡紫色，半分鐘內(nèi)不褪色．
③計算上述產(chǎn)品中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分數(shù)為0.975或97.5%．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)平衡常數(shù)的表達式公式寫出該反應的平衡常數(shù)表達式，平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積；
②根據(jù)達到平衡狀態(tài)，正逆反應速率相等，各組分的濃度不變，及其衍生的關(guān)系進行判斷；
（2）①根據(jù)原電池工作原理分析負極、正極發(fā)生的反應；
②根據(jù)電流方向判斷氫離子的移動方向；
（3）①根據(jù)在酸性條件下反應，反應物一定有氫離子，然后根據(jù)電子守恒和質(zhì)量守恒配平方程式；
②根據(jù)反應結(jié)束時滴入高錳酸鉀溶液溶液后顏色變化判斷滴定終點；
③根據(jù)反應方程式及高錳酸鉀的物質(zhì)的量計算出產(chǎn)品中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分數(shù)．

解答 解：（1）①根據(jù)反應方程式2SO₂+O₂?2SO₃，平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）c（{O}_{2}）}$，故答案為：$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）c（{O}_{2}）}$；
②A．v（SO₂）=v（SO₃），沒有告訴正逆反應，無法判斷正逆反應速率是否相等，故A錯誤；
B．反應方程式兩邊都是氣體，氣體的化學計量數(shù)之和不相等，氣體的平均相對分子量是個變化的量，混合物的平均相對分子質(zhì)量不變，說明正逆反應速率相等，達到了平衡狀態(tài)，故B正確；
C．反應方程式兩邊都是氣體，氣體的質(zhì)量始終不變，所以混合氣體質(zhì)量不變，不能判斷是否達到平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D、各組分的體積分數(shù)不變，正逆反應速率相等，說明達到了平衡狀態(tài)，故D正確；
故選：BD；
（2）①該原電池中，負極上失電子被氧化，所以負極上投放的氣體是二氧化硫，二氧化硫失電子和水反應生成硫酸根離子和氫離子，正極上投放的氣體是氧氣，正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水，根據(jù)硫酸和水的出口方向知，B極是負極，A極是正極，所以B極上的電極反應式為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
②原電池放電時，氫離子由負極B移向正極A，故答案為：B；A；（3）①用硫酸酸化的0.01mol/L KMnO₄溶液，所以反應物中一定有氫離子，高錳酸根離子化合價由+7變?yōu)?2，降低了5價，亞鐵離子與+2變?yōu)?3，升高了1價，所以高錳酸根離子系數(shù)為1、亞鐵離子系數(shù)為5，根據(jù)電荷守恒、質(zhì)量守恒配平氫離子、水，配平后的方程式為：5Fe²⁺+1MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+1Mn²⁺+4H₂O，
故答案為：5；1；8；H⁺；5；1；4；H₂O；
②當亞鐵離子與高錳酸鉀離子完全反應后，再滴入一滴高錳酸鉀溶液，溶液會呈淡紫色，據(jù)此判斷滴定終點，
故答案為：滴定最后一滴酸性KMnO₄時溶液呈淡紫色，半分鐘內(nèi)不褪色；
③25mL待測液消耗的高錳酸鉀的物質(zhì)的量為：0.01mol/L×0.04L=0.0004mol，
5.7g產(chǎn)品配成250mL溶液消耗高錳酸鉀的物質(zhì)的量為0.0004mol×$\frac{250}{25}$=0.004mol，
根據(jù)反應：5Fe²⁺+1MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，硫酸亞鐵的物質(zhì)的量為：0.004mol×5=0.02mol，
所以樣品中含有的FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量為：278g/mol×0.02mol=5.56g，
FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分數(shù)為：$\frac{5.56g}{5.7g}$×100%≈97.5%，
故答案為：0.975或97.5%．

點評 本題所以黃銅礦為載體考查化學平衡常數(shù)及平衡狀態(tài)的判斷、燃料電池、氧化還原反應及滴定的相關(guān)知識，涉及的題量較大，題目難度中等．