题目内容

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．

练习册系列答案
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溶液（1）中所含全部离子及其浓度
离子浓度mol•L-1离子浓度mol•L-1
Na+0.1Cl-0.9
Ag+0.5NO3-0.3
Mg2+0.3
溶液（2）中所含全部离子及其浓度
离子浓度mol•L-1离子浓度mol•L-1
Na+0.1Cu2+0.2
Ba2+0.5NO3-1.5
Mg2+0.3Cl-0.6
溶液（3）中所含全部离子及其浓度
离子浓度mol•L-1离子浓度mol•L-1
Na+0.1Cl-0.2
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Mg2+0.3SO42-0.4
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溶液（3）结果是否可靠不可靠，理由溶液中阴阳离子电荷不平衡．
14．仅用下表提供的仪器（夹持仪器和试剂任选）不能实现相应实验目的是（　　）
选项实验目的仪器
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B从食盐水中获得NaCl晶体坩埚、玻璃棒、酒精灯、泥三角
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A．AB．BC．CD．D
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