Question

含有硫的化合物在工业生产中应用广泛，回答下列问题：
（1）黄铜矿是工业炼铜的主要原料，其主要成分为CuFeS₂。
①测得某黄铜矿(CuFeS₂)中含硫20%（质量分数），求该矿石含铜的质量分数。
②现有一种天然黄铜矿（含少量脉石），为了测定该黄铜矿的纯度，某同学设计了如下实验：称取
研细的黄铜矿样品1.150g，在空气中进行煅烧，生成Cu、Fe₃O₄和SO₂气体，用100 mL滴有淀粉的
蒸馏水全部吸收SO₂，然后取10mL吸收液，用0.05mol/L标准碘溶液进行滴定，用去标准碘溶液的体
积为20.00mL。求该黄铜矿的纯度。
（2）将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的质量。
（3）一定温度下，硫酸铜受热分解生成CuO、SO₂、SO₃和O₂。已知：SO₂、SO₃都能被碱石灰和氢氧
化钠溶液吸收。利用下图装置加热无水硫酸铜粉末直至完全分解。若无水硫酸铜粉末质量为10.0 g，
完全分解后，各装置的质量变化关系如下表所示。

装置	A（试管+粉末）	B	C
反应前	42.0 g	75.0 g	140.0 g
反应后	37.0 g	79.0 g	140.5 g

 

请通过计算，推断出该实验条件下硫酸铜分解的化学方程式。
（4）硫化钠是用于皮革的重要化学试剂，可用无水Na₂SO₄与炭粉在高温下反应制得，化学方程式如下：
①Na₂SO₄ + 4CNa₂S + 4CO↑  ②Na₂SO₄ + 4CONa₂S + 4CO₂ 
a.若在反应过程中，产生CO和CO₂混合气体为2mol，求生成Na₂S的物质的量。
b.硫化钠晶体放置在空气中，会缓慢氧化成Na₂SO₃，甚至是Na₂SO₄，现将43.72g部分变质的硫化钠样品溶于水中，加入足量盐酸后，过滤得4.8g沉淀和1.12L H₂S 气体（标准状况，假设溶液中气体全部逸出），在滤液中加入足量的BaCl₂后过滤得2.33g沉淀，分析该硫化钠样品的成分及其物质的量。

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 （合理即给分。各1分，共4分）

试题分析：（1）①根据化学式CuFeS₂可知，该化合物中铜和硫的质量之比是64:64＝1:1，所以该矿石含铜的质量分数等于硫的质量分数，都是20%。
②消耗单质碘的物质的量是0.05mol/L×0.020mol/L＝0.0010mol，则根据方程式I₂＋SO₂＋2H₂O＝H₂SO₄＋2HI可知，10ml溶液中含有SO₂的物质的量是0.010mol，所以生成的SO₂的物质的量是0.0010mol×＝0.0100mol，所以根据硫原子守恒可知，CuFeS₂的物质的量是0.0100mol÷2＝0.0050mol，其质量＝0.0050mol×184g/mol＝0.82g，所以该黄铜矿的纯度×80%＝80%。
（2）生成单质S的物质的量是3.2g÷32g/mol＝0.1mol。反应中如果铁离子不足，则根据关系式2Fe^3＋～S可知，铁离子的物质的量是0.2mol，因此氧化铁的物质的量是0.1mol，其中质量是160g/mol×0.1mol＝16g，因此FeS的质量是56.6g－16g＝40.6g；如果反应中铁离子过量，则根据硫原子守恒可知，FeS的物质的量是0.1mol，质量是0.1mol×88g/mol＝8.8g。
（3）硫酸铜的物质的量＝10.0g÷160g/mol＝0.0625mol。试管A的质量是42.0g－10.0g＝32.0g，所以反应后生成的氧化铜的质量是37.0g－32.0g＝5.0g，物质的量是5.0g÷80g/mol＝0.0625mol。则生成物SO₂、三氧化硫和氧气质量之和是10.0g－5.0g＝5.0g。B和C装置是吸收SO₂和三氧化硫的，因此二者的质量之和是4.5g，所以氧气的质量是5.0g－4.5g＝0.5g，其物质的量是0.5g÷32g/mol＝     0.015625mol。设SO₂和三氧化硫的物质的量分别是x和y，则x＋y＝0.0625mol、64x＋80y＝4.5g，解得x＝y＝0.03125mol，所以氧化铜、SO₂、三氧化硫和氧气的物质的量之比是4:2:2:1，因此该反应的化学方程式是4CuSO₄4CuO + 2SO₃↑+ 2SO₂↑+ O₂↑。
（4）a.若反应中生成的气体只有CO，则根据反应①可知，生成的硫化钠物质的量＝2mol÷4＝0.5mol；若反应中生成的气体只有CO₂，则根据反应①②可知Na₂SO₄ + 2CNa₂S + 2CO₂↑，所以生成的硫化钠物质的量＝2mol÷2＝1mol，因此硫化钠的物质的量是0.5 ＜ n（Na₂S）＜1。
b.在滤液中加入足量的BaCl₂后过滤得2.33g沉淀，该白色沉淀是硫酸钡，其物质的量是2.33g÷233g/mol＝0.01mol，因此根据原子守恒可知，硫酸钠的物质的量是0.01mol。4.8g沉淀是S，其物质的量是4.8g÷32g/mol＝0.15mol，则根据方程式2Na₂S＋Na₂SO₃＋6HCl＝6NaCl＋3S↓＋3H₂O可知，硫化钠和亚硫酸钠的物质的量分别是0.10mol和0.05mol。1.12L H₂S 气体的物质的量＝1.12L÷22.4L/mol＝0.05mol，所以根据方程式Na₂S＋2HCl＝6NaCl＋H₂S↑可知，硫化钠的物质的量＝0.05mol，因此硫化钠的物质的量共计＝0.15mol。因此结晶水的质量＝43.72g－0.15mol×78g/mol－0.05mol×126g/mol－0.01mol×142g/mol＝24.3g，所以结晶水的物质的量＝24.3g÷18g/mol＝1.35mol。