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5.工业上为了测定辉铜矿(主要成分是Cu2S)中Cu2S的质量分数,设计了如图所示装置.实验时按如下步骤操作:

实验原理是:Cu2S+O2=SO2+2Cu,通过测定SO2的量来确定Cu2S的质量分数.
A.连接全部仪器,使其成为如图装置,并检查装置的气密性.
B.称取研细的辉铜矿样品1.000g.
C.将称量好的样品小心地放入硬质玻璃管中.
D.以每分钟1L的速率鼓入空气.
E.将硬质玻璃管中的辉铜矿样品加热到一定温度,发生反应为:Cu2S+O2=SO2+2Cu.
F.移取25.00ml含SO2的水溶液于250ml锥形瓶中,用0.0100mol/L KMnO4标准溶液滴定至终点.按上述操作方法重复滴定2-3次.
试回答下列问题:
(1)装置①的作用是除去空气中的还原性气体与酸性气体;装置②的作用是干燥空气.
(2)假定辉铜矿中的硫全部转化为SO2,并且全部被水吸收,则操作F中所发生反应的离子方程式为2MnO4-+5H2SO3=2Mn2++5SO42-+4H++3H2O或2MnO4-+5SO2+2H2O=2Mn2++5SO42-+4H+.
(3)若操作F的滴定结果如下表所示,则辉铜矿样品中Cu2S的质量分数是80%.
滴定次数待测溶液的体积/mL标准溶液的体积
滴定前刻度/mL滴定后刻度/mL
125.001.0421.03
225.001.9821.99
325.003.2021.24
(4)本方案设计中有一个明显的缺陷影响了测定结果(不属于操作失误),你认为是在KMnO4滴定前,未反应完的O2与空气中的O2也可将H2SO3氧化,造成测定结果偏低(写一种即可).
(5)某人设想以如图所示装置用电化学原理生产硫酸,写出通入SO2的电极的电极反应式SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+.

分析 实验原理是Cu2S+O2=SO2+2Cu反应产生的二氧化硫被水吸收,用高锰酸钾来滴定,通过消耗高锰酸钾的量来计算Cu2S的质量,进而计算Cu2S的质量分数.
(1)装置①中是高锰酸钾溶液与氢氧化钾溶液的混合溶液,目的是为了吸收空气中可能含有的二氧化硫气体;装置②干燥管中的氯化钙是干燥气体的作用;
(2)高锰酸钾具有氧化性,可以氧化亚硫酸为硫酸,锰被还原为锰离子,据此写出反应方程式;
(3)依据反应Cu2S+O2=SO2+2Cu、2KMnO4+5H2SO3=2MnSO4+K2SO4+2H2SO4+3H2O;
依据反应定量关系计算;5Cu2S~5SO2~5H2SO3~2KMnO4;
(4)二氧化硫具有还原性,空气中氧气也可把二氧化硫氧化;
(5)该装置是原电池,负极上的二氧化硫失电子发生氧化反应.

解答 解:(1)装置①中溶液是高锰酸钾溶液与氢氧化钾溶液的混合溶液,目的是为了吸收空气中可能含有的二氧化硫气体,避免对测定结果产生误差;装置②干燥管中的氯化钙是除去混有的水蒸汽,干燥气体的作用,
故答案为:除去空气中可能含有的SO2等气体;干燥气体;
(2)高锰酸钾具有氧化性,可以氧化亚硫酸为硫酸,高锰酸钾被还原为硫酸锰,反应的方程式为:2KMnO4+5H2SO3=2MnSO4+K2SO4+2H2SO4+3H2O,
故答案为:2KMnO4+5H2SO3=2MnSO4+K2SO4+2H2SO4+3H2O;
(3)若称得矿样的质量为1.000g,第3组数据误差太大,舍去,前两组消耗高锰酸钾溶液的平均体积为:
$\frac{(21.03-1.04)+(21.99-1.98)}{2}$mL=20.00mL,浓度为0.0100mol/L,高锰酸钾的物质的量=0.0100mol•L-1×0.0200L=2.000×10-4mol;依据反应定量关系计算;
   5Cu2S~5SO2~5H2SO3~2KMnO4
     5                 2
     n              2.000×10-4mol   
n=5×10-4mol   
则辉铜矿样品中Cu2S的质量分数是=$\frac{5×1{0}^{-4}mol×160g/mol×\frac{250mL}{25mL}}{1.000g}$×100%=80%,
故答案为:80%.
(4)二氧化硫具有还原性,空气中氧气没有除去,会把二氧化硫部分氧化,则和高锰酸钾反应的二氧化硫减少,造成结果偏低,
故答案为:在KMnO4滴定前,未反应完的O2与空气中的O2也可将H2SO3氧化,造成测定结果偏低;
(5)负极上,二氧化硫失电子和水反应生成硫酸,电极反应式为:SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+,
故答案为:SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+.

点评 本题考查了物质性质的探究实验设计和过程分析判断,滴定计算及误差分析、沉淀溶解平衡的计算、原电池原理等,明确反应原理和物质性质是解题关键,题目难度中等,试题培养了学生的分析、理解能力及化学实验能力.

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