Question

15．硫磺在科學技術和生產中有重要的應用．石硫合劑是一種很好的植物殺蟲劑，它是硫磺與石灰、水等反應所得--由多硫化鈣[CaS_x（x≤5）]、硫代硫酸鈣組成的混合物．不同比例的石灰和硫磺在水溶液中反應，可生成不同的多硫化鈣和硫代硫酸鈣．如：
3Ca（OH）₂+8S$\stackrel{△}{→}$2CaS₃+CaS₂O₃+3H₂O；
3Ca（OH）₂+6S$\stackrel{△}{→}$2CaS₂+CaS₂O₃+3H₂O等．
根據題意完成下列計算：
（1）硫磺溶解在硫化鈉溶液中生成一種多硫化物，該多硫化物中硫元素的質量分數為0.736，通過計算確定Na₂S_x中x=4．
（2）取某石硫合劑（假如只含兩種含硫化合物）250mL（密度為1.12g/mL）通入足量CO₂使其快速分解．原理如下：
S_x^2-+2H₂O+2CO₂→（x-1）S↓+H₂S↑+2HCO₃^-，S₂O₃^2-+H₂O+CO₂→HSO₃^-+HCO₃^-+S↓．
完全反應后共收集到氣體1.12升（S•P•T）（忽略氣體在溶液中的溶解），則該石硫合劑中多硫化鈣的物質的量濃度為0.2mol/L；硫代硫酸鈣的質量分數為0.014．（答案用小數表示，保留2位有效數字）
（3）如果把生石灰、硫磺和水按質量比7：16：70的配比完全反應后，只生成兩種含硫的化合物，則該石硫合劑中多硫化鈣與硫代硫酸鈣的物質的量之比是2：1；多硫化鈣的化學式是CaS₅．
（4）現有生石灰50.4g、硫磺96g、水504g恰好完全反應生成三種多硫化鈣，除生成CaS₄之外還有二種多硫化鈣．請推算這二種多硫化鈣可能的物質的量之比（寫出推算過程）．

Answer 1

分析 （1）計算鈉元素質量分數，再根據n=$\frac{m}{M}$計算Na、S原子數目之比，進而確定x的值；
（2）生成的氣體為H₂S，計算H₂S的物質的量，根據方程式計算多硫化鈣的物質的量，再根據c=$\frac{n}{V}$計算多硫化鈣的物質的量濃度；
由方程式可知CaS₂O₃的物質的量是多硫化鈣的$\frac{1}{2}$，再根據m=nM計算其質量，根據m=ρV計算石硫合劑的走過來，進而計算CaS₂O₃的質量分數；
（3）根據元素守恒，結合n=$\frac{m}{M}$可知氫氧化鈣和硫磺的物質的量之比1：4，反應方程式為：3Ca（OH）₂+12S$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CaS_x+CaS₂O₃+3H₂O，據此解答；
（4）n（CaO）=$\frac{50.4g}{56g/mol}$=0.9mol，n（S）=$\frac{96g}{32g/mol}$=3mol，則 n[Ca（OH）₂]：n（S）=0.9mol：3mol=3：10，由反應可知：3Ca（OH）₂+10S$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CaS_x+CaS₂O₃+3H₂O，解之得：x=4，即多硫化物中硫原子的平均值為4，故另兩種多硫化物可能為：CaS₂與CaS₅或CaS₃與CaS₅，根據平均S原子數目，利用十字交叉法計算二者物質的量之比．

解答 解：（1）硫元素的質量分數為0.736，則鈉元素的質量分數為1-0.736=0.264，所以鈉原子和硫原子的個數之比是$\frac{\frac{0.264}{23}}{\frac{0.726}{32}}$=$\frac{1}{2}$，所以x=2×2=4，故答案為：4；
（2）硫化氫為$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.05mol，所以根據方程式：S_x^2-+2H₂O+2CO₂→（x-1）S↓+H₂S↑+2HCO₃^-，可知多硫化鈣的物質的量是0.05mol，其濃度是0.05mol÷0.25L=0.20 mol/L；
由3Ca（OH）₂+8S$\stackrel{△}{→}$2CaS₃+CaS₂O₃+3H₂O；3Ca（OH）₂+6S$\stackrel{△}{→}$2CaS₂+CaS₂O₃+3H₂O，可知CaS₂O₃的物質的量是0.05mol÷2=0.025mol，所以其質量分數是$\frac{0.025mol×152g/mol}{250mL×1.12g/mL}$=0.014，
故答案為：0.20mol/L；0.014；
（3）生石灰、硫磺的質量比7：16，則物質的量之比是$\frac{7}{56}$：$\frac{16}{32}$=1：4，即氫氧化鈣和硫磺的物質的量之比是1：4，所以方程式為：3Ca（OH）₂+12S$\stackrel{△}{→}$2CaS_x+CaS₂O₃+3H₂O，多硫化鈣與硫代硫酸鈣的物質的量之比是2：1，根據S原子守恒則x=5，多硫化鈣的化學式是CaS₅，
故答案為：2：1；CaS₅；
（4）n（CaO）=50.4/56=0.3mol     n（S）=96/32=3mol              
則 n[Ca（OH）₂]：n（S）=3：10  由反應可知：3Ca（OH）₂+10S$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CaS_x+CaS₂O₃+3H₂O，
解之得：x=4 即多硫化物中硫原子的平均值為4．                
故另兩種多硫化物可能為：CaS₂與CaS₅或CaS₃與CaS₅．        
由            可知，n（CaS₂）：n（CaS₅）=1：2； 

由            可知，n（CaS₃）：n（CaS₅）=1：1；
答：二種多硫化鈣可能的物質的量之比為n（CaS₂）：n（CaS₅）=1：2；n（CaS₃）：n（CaS₅）=1：1．

點評 本題考查混合物有關計算，側重考查學生分析計算難度，關鍵是對化學方程式的理解與書寫，題目計算量大，難度較大．