Question

闪锌矿（主要成份为ZnS）是含锌主要矿物之一，空气中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．回答下列问题（以下计算保留2位小数）
（1）取1.56g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1.32g，样品中含硫化锌的质量分数是

 

．
（2）取1.95g锌加入到12.00mL18.4mol/L的浓硫酸中（反应中只生成一种还原产物），充分反应后，小心地将溶液稀释到1000mL，取出15.00mL，以酚酞为指示剂，用0.25mol/L的NaOH溶液中和余酸，耗用NaOH溶液的体积为21.70mL．
①反应后溶液中多余的硫酸是

 

 mol．
②通过计算确定浓硫酸被还原的产物是

 

．
（3）将标况下4.48LSO₂气体慢慢通入200mL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

分析：（1）闪锌矿（主要成份为ZnS）在空气中高温加热闪锌矿生成ZnO和SO₂，根据固体质量差量法来计算即可；
（2）①根据硫酸和氢氧化钠之间的中和反应来确定剩余的硫酸的物质的量；
②根据电子守恒和化合价变化之间的关系来计算；
（3）SO₂与氢氧化钠反应都生成Na₂SO₃，可通过化学方程式的计算得出其质量，SO₂与氢氧化钠反应都生成NaHSO₃，可通过化学方程式的计算得出其质量，比较极限反应获得固体质量和实际质量之间的关系可以进行讨论，在根据S元素守恒和质量关系计算各自的量的多少即可．

解答：解：（1）设ZnS的质量是x，则
2ZnS+3O₂=2ZnO+2SO₂   减少的固体质量
194       161          32
x                    1.56-1.32
  即

194

x

=

32

1.56-1.32

  解得x=1.455g，所以ZnS的质量分数=

1.455

1.56

×100%≈93%，
故答案为：93%；
（2）①硫酸和氢氧化钠之间中和的实质是：H⁺+OH^-=H₂O，用0.25mol/L的NaOH溶液中和余酸，耗用NaOH溶液的体积为21.70mL，这些氢氧化钠中和掉的硫酸的物质的量0.25mol/L×0.0217L×

1

2

=0.0027mol，剩余硫酸的物质的量0.0027mol×

1000

15

≈0.18mol，
故答案为：0.18；
②取1.95g锌加入到12.00mL18.4mol/L的浓硫酸中（反应中只生成一种还原产物），消耗的硫酸的物质的量是0.012L×18.4mol/L-0.18mol=0.0408mol．设硫酸的还原产物中，硫元素的化合价是n，金属锌的物质的量是：

1.95g

65g/mol

=0.03mol，生成硫酸锌的物质的量是0.03mol，所以0.03mol的硫酸显示酸性，根据电子守恒：

1.95g

65g/mol

×（2-0）=（0.0408mol-0.03mol）×（6-n），解得n=0，所以浓硫酸被还原的产物是硫单质，
故答案为：S；
（3）若4.48L即0.2mol标况下的SO₂与氢氧化钠反应都生成Na₂SO₃，可通过化学方程式的计算得出其质量，SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O，生成Na₂SO₃25.2g，若4.48L即0.2mol标况下的SO₂与氢氧化钠反应都生成NaHSO₃，SO₂+NaOH═NaHSO₃，生成的NaHSO₃质量为20.8g，所以最后得到的无水晶体不可能是这两种物质形成的混合物，也不可能是其中之一，由此其组成可能是Na₂SO₃和反应没有完全消耗掉的NaOH，在蒸干过程中，亚硫酸盐会被空气中氧气氧化为硫酸盐，亚硫酸氢盐会被氧化为硫酸氢盐，所以所得晶体还可以是或是亚硫酸钠、硫酸钠的混合物；或是亚硫酸氢钠、硫酸钠的混合物；或是硫酸钠、硫酸氢钠的混合物，若晶体组成是Na₂SO₃和反应没有完全消耗掉的NaOH此混合物中的氢氧化钠质量为26.8-25.2=1.6g，其物质的量为0.04mol，如果是亚硫酸钠、硫酸钠的混合物，硫酸钠是亚硫酸钠的氧化产物，根据硫元素守恒以及晶体质量之和是26.8g，解得他们各自的物质的量均是0.1mol，同理可得，如果是硫酸钠和亚硫酸氢钠的混合物，物质的量分别是0.04mol、0.16mol，如果是硫酸钠、硫酸氢钠的混合物，物质的量分别是0.13mol、0.07mol，
故答案为：

n(Na2SO3)=0.20 mol  n(NaOH)=0.04 mol

          

n(Na2SO3)= 0.10 mol n(Na2SO4)= 0.10 mol

       

n(NaHSO3)=0.04 mol   n(Na2SO4)=0.16mol

         

n(Na2SO4)=0.13mol n(NaHSO4)=0.07 mol

．

点评：本题是一道关于元素以及化合物的计算题，多种解题思想：元素守恒、极限反应的灵活应用是解题的关键，难度大．