Question

含有硫的化合物在工業生產中應用廣泛，回答下列問題：
（1）黃銅礦是工業煉銅的主要原料，其主要成分為CuFeS₂．
①測得某黃銅礦（CuFeS₂）中含硫20%（質量分數），求該礦石含銅的質量分數．
②現有一種天然黃銅礦（含少量脈石），為了測定該黃銅礦的純度，某同學設計了如下實驗：稱取研細的黃銅礦樣品1.150g，在空氣中進行煅燒，生成Cu、Fe₃O₄和SO₂氣體，用100mL滴有淀粉的蒸餾水全部吸收SO₂，然后取10mL吸收液，用0.05mol/L標準碘溶液進行滴定，用去標準碘溶液的體積為20.00mL．求該黃銅礦的純度．
（2）將FeS和Fe₂O₃的混和物56.6g，用足量稀H₂SO₄溶解后可得3.2g硫，求原混和物中FeS的質量．
（3）一定溫度下，硫酸銅受熱分解生成CuO、SO₂、SO₃和O₂．已知：SO₂、SO₃都能被堿石灰和氫氧化鈉溶液吸收．利用下圖裝置加熱無水硫酸銅粉末直至完全分解．若無水硫酸銅粉末質量為10.0g，完全分解后，各裝置的質量變化關系如下表所示．

裝置	A （試管+粉末）	B	C
反應前	42.0g	75.0g	140.0g
反應后	37.0g	79.0g	140.5g

請通過計算，推斷出該實驗條件下硫酸銅分解的化學方程式．
（4）硫化鈉是用于皮革的重要化學試劑，可用無水Na₂SO₄與炭粉在高溫下反應制得，化學方程式如下：
①Na₂SO₄+4CNa₂S+4CO　 ②Na₂SO₄+4CO Na₂S+4CO₂
①若在反應過程中，產生CO和CO₂混合氣體為2mol，求生成Na₂S的物質的量．
②硫化鈉晶體放置在空氣中，會緩慢氧化成Na₂SO₃，甚至是Na₂SO₄，現將43.72g部分變質的硫化鈉樣品溶于水中，加入足量鹽酸后，過濾得4.8g沉淀和1.12L H₂S 氣體（標準狀況，假設溶液中氣體全部逸出），在濾液中加入足量的BaCl₂后過濾得2.33g沉淀，分析該硫化鈉樣品的成分及其物質的量．

Answer 1

解：（1）①測得某黃銅礦（CuFeS₂）中含硫20%（質量分數），化學式中銅摩爾質量和硫的摩爾質量之和相同，所以同物質中元素質量之比等于元素質量分數之比，銅的質量分數和硫元素質量分數相同為20%，
答：該礦石含銅的質量分數為20%；
②稱取研細的黃銅礦樣品1.150g，在空氣中進行煅燒，生成Cu、Fe₃O₄和SO₂氣體，用100mL滴有淀粉的蒸餾水全部吸收SO₂，然后取10mL吸收液，用0.05mol/L標準碘溶液進行滴定，用去標準碘溶液的體積為20.00mL，滴定過程發生的反應為SO₂+I₂+2H₂O=2HI+H₂SO₄，二氧化硫物質的量n（SO₂）=n（I₂）=0.0200L×0.05mol/L=0.0010mol，所以100ml溶液中含二氧化硫物質的量為0.0100mol，依據硫元素守恒，硫元素物質的量0.01mol，CuFeS₂的物質的量為0.005mol，黃銅礦的質量分數==80%；
答：該黃銅礦的純度為80%；
（2）將FeS和Fe₂O₃的混和物56.6g，用足量稀H₂SO₄溶解后可得3.2g硫物質的量為0.1mol，FeS+H₂SO₄=FeSO₄+H₂S↑，Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，Fe₂（SO₄）₃+H₂S=2FeSO₄+S↓+H₂SO₄，反應消耗的硫化亞鐵和氧化鐵質量可以依據化學方程式計算得到，m（FeS）=0.1mol×88g/mol=8.8g；m（Fe₂O₃）=0.1mol×160g/mol=16g，所以混合物中剩余56.6g-8.8g-16g=31.8g；若硫化亞鐵過量則原混合物中硫化亞鐵質量=56.6g-16g=40.6g；若氧化鐵過量則硫化亞鐵質量為8.8g，
答：原混和物中FeS的質量8.8g或40.6g；
（3）根據質量守恒定律分析，反應生成氣體的質量為42.0g-37.0g=5g，生成氧化銅的質量為10g-5g=5g；干燥管完全吸收了二氧化硫和三氧化硫，其質量為79.5g-75g=4.5g，生成的氧氣的質量為5g-4.5g=0.5g；則參加反應的硫酸銅和生成氧化銅及生成的氧氣的質量比為10g：5g：0.5g=20：10：1，表現在化學方程式中的化學計量數之比為（20÷160）：（10÷80）：（1÷32）=4：4：1，依據原子守恒得到化學方程式為：4CuSO₄4CuO+2SO₃↑+2SO₂↑+O₂↑；
答：4CuSO₄4CuO+2SO₃↑+2SO₂↑+O₂↑；
（4）①反應①Na₂SO₄+4CNa₂S+4CO ②Na₂SO₄+4CO Na₂S+4CO₂
若碳全部轉化為二氧化碳的反應③Na₂SO₄+2CNa₂S+2CO₂
若在反應過程中，產生CO和CO₂混合氣體為2mol，若全部轉化為一氧化碳，時按照①反應生成硫化鈉物質的量0.5mol，若全部生成二氧化碳按照反應③進行，反應生成硫化鈉1mol；所以產生CO和CO₂混合氣體為2mol時 硫化鈉物質的量為：0.5＜n（Na₂S）＜1，
答：0.5＜n（Na₂S）＜1；
②4.8g為硫的物質的量為=0.15mol，由方程式：2Na₂S+Na₂SO₃+6HCl=NaCl+3S↓+3H₂O可知，參加該反應的Na₂S為0.15mol×=0.1mol，Na₂SO₃的物質的量為0.15mol×=0.05mol，1.12LH₂S氣體的物質的量為=0.05mol，根據反應2HCl+Na₂S=2NaCl+H₂S↑可知，參加該反應的Na₂S的物質的量為0.05mol，故樣品中Na₂S的物質的量為0.15mol；在濾液中加入足量的BaCl₂后過濾得2.33g沉淀為硫酸鋇，物質的量為0.01mol，所以Na₂SO₄的物質的量為0.01mol；n（Na₂S）=0.15 mol，質量為0.15mol×78g/mol=11.7g；n（Na₂SO₃）=0.05 mol，質量為0.05mol×126g/mol=6.3g；n（Na₂SO₄）=0.01 mol，質量為0.01mol×142g/mol=1.42g；結晶水的物質的量為==1.35mol，
答：n（Na₂S）=0.15 mol；n（Na₂SO₃）=0.05 mol；n（Na₂SO₄）=0.01 mol，n（H₂O）=1.35 mol．
分析：（1）①依據同物質中元素質量之比等于元素質量分數之比列式計算；
②該物質中銅和硫的質量分數相同，可以根據反應過程中的化學方程式和硫元素守恒計算得到硫元素質量分數即可；
（2）FeS和硫酸反應生成硫酸亞鐵和硫化氫氣體，氧化鐵和硫酸反應生成硫酸鐵和水，鐵離子和硫化氫反應生成硫單質，依據硫單質計算硫化亞鐵質量和氧化鐵質量，過量的可以是氧化鐵，也可以是硫化亞鐵；
（3）由C裝置中數據可知，堿石灰完全吸收了二氧化硫和三氧化硫，然后根據質量守恒定律分析每個裝置的質量變化情況，從而分析反應中各物質的質量；
（4）①依據極值分析方法計算得到；
②Na₂S與Na₂SO₃在酸性條件下發生反應：2Na₂S+Na₂SO₃+6HCl=NaCl+3S↓+3H₂O，故19.2g為硫的質量，放出H₂S氣體2.24L，還發生反應2HCl+Na₂S=2NaCl+H₂S↑，根據n=計算S的物質的量，進而計算生成S的反應中參加反應的Na₂S、Na₂SO₃各自的物質的量，根據n=計算H₂S的物質的量，進而計算與鹽酸反應生成H₂S氣體需要Na₂SO₃的物質的量，再根據m=nM計算樣品中Na₂S、Na₂SO₃各自的質量，依據硫酸鋇沉淀的質量，根據n=計算Na₂SO₄的物質的量．
點評：本題著重考查了化學方程式的計算，化合物純度的分析計算應用，質量守恒定律的應用，解題的關鍵根據裝置的質量差分析出各物質的質量，然后求出方程式中物質的化學計量數，混合物成分的分析判斷，題目難度中等．