Question

11．现取0.35gCu₂S和CuS的混合物在酸性溶液中用40.00mL0.150mol•L^-1KMnO₄溶液处理，发生反应为：
8MnO₄^-+5Cu₂S+44H⁺=10Cu²⁺+5SO₂↑+8Mn²⁺+22H₂O①
6MnO₄^-+5CuS+28H⁺=5Cu²⁺+5SO_2↑+6Mn²⁺+14H₂O②
反应后煮沸溶液，剩余的KMnO₄恰好与50.00mL0.200mol•L^-1（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反应，发生反应为：1MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺--1Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O③
（1）①中系数分别为：8、5、44、10、5、8、22．
②中系数分别为：6、5、28、5、5、6、14．
③中系数分别为：1、5、8、1、5、4．
（2）Cu₂S和CuS的混合物在酸性溶液中用0.150mol•L^-1KMnO₄溶液处理后，溶液需要煮沸的原因是若不煮沸赶尽SO₂，溶液中的SO₂与KMnO₄溶液反应，无法准确测定混合物中CuS的质量分数．
（3）试计算混合物中CuS的质量分数（写出计算过程）．

Answer 1

分析 （1）①KMnO₄与Cu₂S反应中，Mn元素的化合价降低5，Cu、S元素的化合价升高，共升高8，结合电子、电荷及原子守恒配平；
②KMnO₄与CuS反应中，Mn元素的化合价降低5，S元素的化合价升高，升高6，结合电子、电荷及原子守恒配平；
③KMnO₄与（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液反应中，Mn元素的化合价降低5，Fe元素的化合价升高，升高1，结合电子、电荷及原子守恒配平；
（2）二氧化硫具有还原性，高锰酸钾具有强氧化性，Cu₂S和CuS的混合物在酸性溶液中用0.150mol•L^-1KMnO₄溶液处理后，溶液需要煮沸赶尽SO₂；
（3）根据金属化合物的质量和金属化合物与高锰酸钾反应的高锰酸钾的物质的量列方程式组，计算出硫化铜的质量，再根据质量分数计算方法计算即可．

解答 解：（1）①KMnO₄与Cu₂S反应中，Mn元素的化合价降低5，Cu（+1→+2）、S（-2→+4）元素的化合价升高，共升高8，由电子、电荷及原子守恒可知，离子反应为8MnO₄^-+5Cu₂S+44H⁺=10Cu²⁺+5SO₂+8Mn²⁺+22H₂O，
故答案为：8、5、44、10、5、8、22；
②KMnO₄与CuS反应中，Mn元素的化合价由+7降到+2，降低5价；S元素的化合价由-2升高到+4价，升高6价，最小公倍数为30；再根据质量守恒得到H₂O的系数为14，H⁺的系数为28，离子反应为：6MnO₄^-+5CuS+28H⁺=5Cu²⁺+5SO₂↑+6Mn²⁺+14H₂O；
故答案为：6、5、28、5、5、6、14；
③Mn元素的化合价由+7降到+2，降低5价；Fe元素的化合价由+2升高到+3价，升高1价，最小公倍数为5；再根据质量守恒得到H₂O的系数为4，H⁺的系数为8，离子反应为：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，
故答案为：1、5、8、1、5、4；
（2）二氧化硫具有还原性，高锰酸钾具有强氧化性，Cu₂S和CuS的混合物在酸性溶液中用0.150mol•L^-1KMnO₄溶液处理后，溶液若不煮沸，则溶液中的SO₂与KMnO₄溶液反应5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺，无法准确测定混合物中CuS的质量分数，
故答案为：若不煮沸赶尽SO₂，溶液中的SO₂与KMnO₄溶液反应，无法准确测定混合物中CuS的质量分数；
（3）高锰酸钾的总物质的量为0.0400L×0.15mol/L=0.006mol，剩余的KMnO₄恰好与50.00mL0.200mol•L^-1（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反应MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，剩余的KMnO₄的物质的量为0.0500L×0.2mol/L×$\frac{1}{5}$=0.002mol，则用0.150mol•L^-1KMnO₄溶液处理Cu₂S和CuS的混合物时消耗高锰酸钾的物质的量为：0.006mol-0.002mol=0.004mol，设Cu₂S的物质的量为mmol，CuS的物质的量为nmol，
8MnO₄^-+5Cu₂S+44H⁺═10Cu²⁺+5SO₂+8Mn²⁺+22H₂O，
$\frac{8}{5}$mmol  mmol
6MnO₄^-+5CuS+28H⁺=5Cu²⁺+5SO₂+6Mn²⁺+14H₂O
$\frac{6}{5}$nmol  nmol
所以列方程组为：$\left\{\begin{array}{l}{160m+96n=0.35g\\;}\\{\frac{8}{5}m+\frac{6}{5}n=0.004mol}\end{array}\right.$

解之得：x=$\frac{0.0075}{8}$mol y=$\frac{0.05}{24}$mol，所以CuS的质量为$\frac{0.05}{24}$×96g/mol=0.2g，
CuS的质量分数为$\frac{0.2g}{0.35g}$×100%≈57.1%，
答：混合物中CuS的质量分数为57.1%．

点评 本题考查氧化还原反应计算，为高频考点，把握反应中元素的化合价变化为解答的关键，侧重氧化还原反应计算及转移电子的考查，注意从化合价角度分析，题目难度中等．