Question

9．黃銅礦是工業(yè)煉銅的主要原料，其主要成分為CuFeS₂，現(xiàn)有一種天然黃銅礦（含SiO₂），為了測定該黃銅礦的純度，某同學設(shè)計了如圖1實驗：

現(xiàn)稱取研細的黃銅礦樣品23g，在空氣存在下煅燒，生成Cu、Fe₃O₄和SO₂氣體，實驗后取d中溶液的$\frac{1}{10}$置于錐形瓶中，恰好與50mL 0.2mol/L H₂S溶液完全反應(yīng)．
（1）裝置a的作用是BD（填標號）．
A．除去SO₂氣體               B．除去空氣中的水蒸氣
C．有利于氣體混合            D．有利于觀察空氣流速
（2）上述反應(yīng)結(jié)束后，仍需通一段時間的空氣，其目的是使反應(yīng)生成的SO₂全部進入d裝置中，使結(jié)果精確．
（3）通過計算可知，該黃銅礦的純度為60%．去除實驗裝置c，黃銅礦的純度的測定結(jié)果將偏小（填“偏大”、“偏小”或“不變”）．
（4）若用圖2裝置替代實驗裝置d，同樣可以達到實驗?zāi)康氖洽冢ㄌ钚蛱枺��?br />（5）若將原裝置d中試液改為足量Ba（OH）₂溶液，測得的黃銅礦純度會產(chǎn)生誤差，假設(shè)實驗操作均正確，可能的原因主要有空氣中的CO₂與Ba（OH）₂反應(yīng)生成BaCO₃沉淀或BaSO₃被氧化成BaSO₄．

Answer 1

分析 該實驗原理是：根據(jù)黃銅礦受熱分解產(chǎn)生的二氧化硫的量的測定（二氧化硫可以用碘水來標定），結(jié)合元素守恒可以確定黃銅礦的量，進而計算其純度．
（1）濃硫酸可以將水除去，還可以根據(jù)冒出氣泡的速率來調(diào)節(jié)空氣流速；
（2）二氧化硫全部被吸收是實驗成敗的關(guān)鍵；
（3）已知發(fā)生的反應(yīng)有8CuFeS₂+21O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Cu+4FeO+2Fe₂O₃+16SO₂，I₂+SO₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI，I₂+H₂S=S↓+2HI，根據(jù)消耗50mL 0.2mol/L H₂S溶液及其碘單質(zhì)的物質(zhì)的量求出CuFeS₂的物質(zhì)的量和質(zhì)量，再根據(jù)樣品的質(zhì)量求出質(zhì)量分數(shù)；去掉c裝置氣體中二氧化硫在水溶液中會和氧氣反應(yīng)，測定結(jié)果偏小；
（4）二氧化硫和單質(zhì)碘之間發(fā)生氧化還原反應(yīng)，根據(jù)消耗碘單質(zhì)的量可以確定二氧化硫的量，進而確定黃銅礦的純度；
（5）二氧化碳和二氧化硫均可以和氫氧化鋇反應(yīng)生成白色沉淀，亞硫酸鋇易被氧化為硫酸鋇．

解答 解：該實驗原理是：根據(jù)黃銅礦受熱分解產(chǎn)生的二氧化硫的量的測定（二氧化硫可以用碘水來標定），結(jié)合元素守恒可以確定黃銅礦的量，進而計算其純度．
（1）裝置a中的濃硫酸可易吸收空氣中的水蒸氣，同時根據(jù)冒出的氣泡的速率來控制氣體的通入量；故答案為：BD；
（2）黃銅礦受熱分解生成二氧化硫等一系列產(chǎn)物，分解完畢后仍然通入空氣，可以將產(chǎn)生的二氧化硫全部排出去，使結(jié)果精確，
故答案為：使反應(yīng)生成的SO₂全部進入d裝置中，使結(jié)果精確；
（3）已知發(fā)生的反應(yīng)有8CuFeS₂+21O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Cu+4FeO+2Fe₂O₃+16SO₂，I₂+SO₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI，
取d中溶液的$\frac{1}{10}$置于錐形瓶中，恰好與50mL 0.2mol/L H₂S溶液完全反應(yīng)，根據(jù)I₂+H₂S=S↓+2HI，即剩余I₂的量為：0.05mol/L×0.2L×10=0.1mol，
再根據(jù)反應(yīng)方程式I₂+SO₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI，得消耗I₂的量為0.25mol-0.1mol=0.15mol，所以生成二氧化硫物質(zhì)的量為0.15mol，再根據(jù)8CuFeS₂+21O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Cu+4FeO+2Fe₂O₃+16SO₂，所以黃銅礦的質(zhì)量是：0.15mol×$\frac{1}{2}$×184g/mol=13.8g，
所以其純度是：$\frac{13.8}{23}$×100%=60%，
去掉c裝置氣體中二氧化硫在水溶液中會和氧氣反應(yīng)，反應(yīng)的化學方程式為：2SO₂+O₂+H₂O=2H₂SO₄，測定結(jié)果偏小，
故答案為：60%；偏�。�
（4）用如圖2裝置替代上述實驗裝置d，不能用③，原因是前面通入的空氣中也會占據(jù)一部分氣體體積，所以根據(jù)液面上升的高度可以確定生成的量，進而根據(jù)元素守恒來確定黃銅礦的純度，故答案為：②；
（5）空氣中的CO₂與Ba（OH）₂反應(yīng)可以生成BaCO₃沉淀，此外BaSO₃被氧化成BaSO₄均可以導致所以的沉淀的量比二氧化硫和氫氧化鋇反應(yīng)生成的白色沉淀的量多，
故答案為：空氣中的CO₂與Ba（OH）₂反應(yīng)生成BaCO₃沉淀或BaSO₃被氧化成BaSO₄．

點評 本題考查了探究黃銅礦的純度，涉及了實驗原理的分析應(yīng)用、純度計算、實驗方案的評價等知識，題目難度中等，試題側(cè)重考查學生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用基礎(chǔ)知識的能力．