Question

闪锌矿(主要成份为ZnS)是含锌主要矿物之一，高温加热闪锌矿生成ZnO和SO₂。ZnO用于冶炼金属锌，SO₂可制亚硫酸盐或硫酸。计算回答下列问题(保留2位小数)
（1）取1.56 g闪锌矿样品，在空气中高温加热(杂质不反应)，充分反应后，冷却，得到残留固体的质量为1.32 g，样品中含硫化锌的质量分数是_________。
（2）取1.95 g锌加入到12.00 mL 18.4 mol/L的浓硫酸中(假设生成的气体中无氢气，浓硫酸产生单一的还原产物)，充分反应后，小心地将溶液稀释到1000 mL，取出15.00 mL，以酚酞为指示剂，用0.25 mol/L的NaOH溶液滴定，耗用NaOH溶液的体积为21.70 mL。通过计算确定浓硫酸被还原的产物是________。
（3）若将ZnS溶于强酸可产生硫化氢气体。在120 ^oC、1 atm下，将100 mL硫化氢和氧气的混合气体点燃，恢复到原来状态，测得剩余气体为70 mL，求原混合气体中硫化氢的体积分数。（不考虑硫化氢气体自身受热分解）
（4）将标况下4.48 L SO₂气体慢慢通入200 mL一定浓度NaOH溶液中，SO₂气体全部被吸收，将反应后的溶液在空气中小心蒸干（不考虑酸式盐的分解），得到不超过两种物质的无水晶体26.8g。通过计算确定所得晶体的成分与物质的量。

Answer 1

（1）0.93 （3分）
（2）S  （3分）
（3）60%或70% (4分)
（4）   
     （4分）

试题分析：（1）解析：设闪锌矿中ZnS的质量为x，杂质为y
2ZnS+3O2="2" ZnO+2SO₂
x/97   x/97
有
解得x=1.455g，y=0.105g，所以样品中w(ZnS)=1.455g÷1.56g×100%=93%
（2）解析：设浓硫酸被还原的产物中S的化合价为x。
根据题意过量的硫酸用碱滴定，则过量的硫酸n（H₂SO₄）= n（NaOH）×1000/15="0.25" mol/L×0.02170 L×1000/15=0.1808mol,所以反应的硫酸n（H₂SO₄）="18.4" mol/L×0.012L-0.1808mol=0.04mol,又反应后溶液为硫酸锌，所以n（ZnSO₄）= n（Zn）="1.95" g÷65g/mol=0.03mol,所以作酸的硫酸n（H₂SO₄）= n（ZnSO₄）=0.03mol，做氧化剂硫酸n（H₂SO₄）=0.04mol-0.03mol=0.01mol，因为Zn反应0.03mol失去0.06mol电子，所以根据得失电子守恒，(+6-x) ×0.01mol=0.06mol，解得x=0，所以还原产物中S的化合价为0价，还原产物为S单质。
（3）解析：在120 ^oC、1 atm下，设硫化氢和氧气体积分别为x、y，点燃生成的都是气态产物，由于比例不定，
所以若氧气过量，则有：
2H₂S(g)+3O₂(g)=2SO₂(g)+2H₂O(g)
2    3      2    2
x  y      x    x

解得x=60ml，y=40ml；所以此时硫化氢的百分数为60ml÷100ml×100%=60%
若硫化氢过量，则有：
2H₂S(g)+3O₂(g)=2SO₂(g)+2H₂O(g)
2    3     2    2
x  y    2/3y   2/3y

解得x=10ml，y=90ml；此时得到数据不满足条件舍去。
（4）解析：n(SO₂)=0.2mol，通入未知浓度的NaOH溶液，若NaOH溶液过量则所得溶液为Na₂SO₃ 、NaOH；若恰好完全反应则所的溶液为Na₂SO₃ 溶液；若SO₂稍过量则所得溶液为Na₂SO₃ 、NaHSO₃ ；若SO2过量恰好完全被吸收则生成NaHSO₃ 溶液；
（1）若所得溶液为Na₂SO₃ 、NaOH：则有n(Na₂SO₃)= n(SO₂)=0.2mol，则m(Na₂SO₃)=25.2g<26.8g，
蒸干后若得到的是Na₂SO₃ 、NaOH时，满足条件，此时m(NaOH)= 26.8g-25.2g=1.6g，即n(NaOH)=0.04mol.
（2）若恰好完全反应所得溶液为Na₂SO₃ ：因n(Na₂SO₃)= n(SO₂)=0.2mol，则m(Na₂SO₃)=25.2g<26.8g，蒸干后必有部分Na₂SO₃ 被氧化为Na₂SO₄ ；设n(Na₂SO₃)=x，n(Na₂SO₄)=y，则有：

解得x=0.1mol，y=0.1mol即n(Na₂SO₃)=0.1mol，n(Na₂SO₄)= 0.1mol.
（3）若SO₂稍过量所得溶液为Na₂SO₃ 、NaHSO₃ ：当蒸干后固体全为Na₂SO₃时，m(Na₂SO₃)=25.2g<26.8g，所以蒸干溶液后所得晶体不可能是Na₂SO₃ 、NaHSO₃ 组合；当蒸干后固体全为Na₂SO₄ 时，m(Na₂SO₄)="0.2mol×142g/mol=28.4g" >26.8g，所以蒸干后不可能全是Na₂SO₄，可以是Na₂SO₄ 和NaHSO₃或者是Na₂SO₄ 和NaHSO₄ ，因此有
设n(NaHSO₃)=x，n(Na₂SO₄)=y

解得x=0.042mol，y=0.158mol即n(NaHSO₃)= 0.042mol，n(Na₂SO₄)= 0.158mol
设n(NaHSO₄)=x，n(Na₂SO₄)=y

解得x=0.073mol，y=0.127mol即n(NaHSO₃)= 0.073mol，n(Na₂SO₄)= 0.127mol
（4）若SO₂过量恰好被吸收所得溶液为NaHSO₃ ：则蒸干后所得固体无论是NaHSO₃ 还是NaHSO₄ 或者二者混合，都不可能。