Question

含有硫的化合物在工業(yè)生產中應用廣泛，回答下列問題：
（1）黃銅礦是工業(yè)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100 mL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56.6 g，用足量稀H₂SO₄溶解后可得3.2 g硫，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10.0 g，
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	42.0 g	75.0 g	140.0 g
反應后	37.0 g	79.0 g	140.5 g

 

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 + 4CONa₂S + 4CO₂ 
a.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。
b.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

（1） ① 20%  ②80%  （各2分，共4分）
（2）8.8 g ；40.6g   （各2分，共4分）
（3）4CuSO₄4CuO + 2SO₃↑+ 2SO₂↑+ O₂↑  （2分）
（4） a.0.5 ＜ n（Na₂S）＜1 （2分）
b.n（Na₂S）="0.15" mol ；n（Na₂SO₃）="0.05" mol ；n（Na₂SO₄）="0.01" mol
n（H₂O）="1.35" mol （合理即給分。各1分，共4分）

試題分析：（1）①根據化學式CuFeS₂可知，該化合物中銅和硫的質量之比是64:64＝1:1，所以該礦石含銅的質量分數等于硫的質量分數，都是20%。
②消耗單質碘的物質的量是0.05mol/L×0.020mol/L＝0.0010mol，則根據方程式I₂＋SO₂＋2H₂O＝H₂SO₄＋2HI可知，10ml溶液中含有SO₂的物質的量是0.010mol，所以生成的SO₂的物質的量是0.0010mol×＝0.0100mol，所以根據硫原子守恒可知，CuFeS₂的物質的量是0.0100mol÷2＝0.0050mol，其質量＝0.0050mol×184g/mol＝0.82g，所以該黃銅礦的純度×80%＝80%。
（2）生成單質S的物質的量是3.2g÷32g/mol＝0.1mol。反應中如果鐵離子不足，則根據關系式2Fe^3＋～S可知，鐵離子的物質的量是0.2mol，因此氧化鐵的物質的量是0.1mol，其中質量是160g/mol×0.1mol＝16g，因此FeS的質量是56.6g－16g＝40.6g；如果反應中鐵離子過量，則根據硫原子守恒可知，FeS的物質的量是0.1mol，質量是0.1mol×88g/mol＝8.8g。
（3）硫酸銅的物質的量＝10.0g÷160g/mol＝0.0625mol。試管A的質量是42.0g－10.0g＝32.0g，所以反應后生成的氧化銅的質量是37.0g－32.0g＝5.0g，物質的量是5.0g÷80g/mol＝0.0625mol。則生成物SO₂、三氧化硫和氧氣質量之和是10.0g－5.0g＝5.0g。B和C裝置是吸收SO₂和三氧化硫的，因此二者的質量之和是4.5g，所以氧氣的質量是5.0g－4.5g＝0.5g，其物質的量是0.5g÷32g/mol＝     0.015625mol。設SO₂和三氧化硫的物質的量分別是x和y，則x＋y＝0.0625mol、64x＋80y＝4.5g，解得x＝y(tǒng)＝0.03125mol，所以氧化銅、SO₂、三氧化硫和氧氣的物質的量之比是4:2:2:1，因此該反應的化學方程式是4CuSO₄4CuO + 2SO₃↑+ 2SO₂↑+ O₂↑。
（4）a.若反應中生成的氣體只有CO，則根據反應①可知，生成的硫化鈉物質的量＝2mol÷4＝0.5mol；若反應中生成的氣體只有CO₂，則根據反應①②可知Na₂SO₄ + 2CNa₂S + 2CO₂↑，所以生成的硫化鈉物質的量＝2mol÷2＝1mol，因此硫化鈉的物質的量是0.5 ＜ n（Na₂S）＜1。
b.在濾液中加入足量的BaCl₂后過濾得2.33g沉淀，該白色沉淀是硫酸鋇，其物質的量是2.33g÷233g/mol＝0.01mol，因此根據原子守恒可知，硫酸鈉的物質的量是0.01mol。4.8g沉淀是S，其物質的量是4.8g÷32g/mol＝0.15mol，則根據方程式2Na₂S＋Na₂SO₃＋6HCl＝6NaCl＋3S↓＋3H₂O可知，硫化鈉和亞硫酸鈉的物質的量分別是0.10mol和0.05mol。1.12L H₂S 氣體的物質的量＝1.12L÷22.4L/mol＝0.05mol，所以根據方程式Na₂S＋2HCl＝6NaCl＋H₂S↑可知，硫化鈉的物質的量＝0.05mol，因此硫化鈉的物質的量共計＝0.15mol。因此結晶水的質量＝43.72g－0.15mol×78g/mol－0.05mol×126g/mol－0.01mol×142g/mol＝24.3g，所以結晶水的物質的量＝24.3g÷18g/mol＝1.35mol。