Question

硫化钠是用于皮革鞣制的重要化学试剂，可用无水芒硝（Na₂SO₄）与炭粉在高温下反应而制得，反应方程式如下：
Na₂SO₄+4C

高温

Na₂S+4CO↑             Na₂SO₄+4CO

高温

Na₂S+4CO₂．
（1）现要制取Na₂S 11.70g，若生成过程中无水芒硝的利用率为90%，则理论上需要无水芒硝

 

g（精确到0.01）．
（2）若在反应过程中生成的Na₂S 物质的量为3mol，则消耗的碳单质的物质的量 n的范围是

 

mol≤n≤

 

mol．若产生的气体最终只有CO₂，则消耗的碳的物质的量为

 

mol；若生成等物质的量CO和CO₂，则消耗的碳的物质的量为

 

mol．
（3）若在上述反应中消耗的碳单质为1mol，生成 Na₂S的物质的量为 ymol，生成的 CO 和 CO₂的物质的量之比为 x，则x 与 y的关系为 y=

 

．
（4）Na₂S放置在空气中，会被缓慢氧化成Na₂SO₄ 及 Na₂SO₃，现称取已经部分氧化的硫化钠样品78.40g 溶于水中，加入足量盐酸，充分反应后过滤得沉淀19.20g，放出H₂S气体2.24L  （标准状况）．请计算：78.40g样品中各氧化产物的物质的量（写出必要的计算过程）．

Answer 1

分析：（1）根据n=

m

M

计算11.70gNa₂S的物质的量，根据硫元素守恒计算需要无水芒硝的物质的量，再根据m=nM计算无水芒硝的质量；
（2）若生成的气体为CO，消耗的碳的物质的量最多，若生成的气体为CO₂，消耗的碳的物质的量最少；
若产生的气体最终只有CO₂，反应中C元素化合价由0价升高为+4价，根据电子转移守恒计算需要碳的物质的量；
若生成等物质的量CO和CO₂，根据电子转移守恒计算CO和CO₂的物质的量，再根据碳原子守恒计算碳的物质的量；
（3）计算CO 和 CO₂各自的物质的量，再根据电子转移守恒列等式，确定x 与 y的关系；
（4）Na₂S与Na₂SO₃在酸性条件下发生反应：2Na₂S+Na₂SO₃+6HCl=NaCl+3S↓+3H₂O，故19.2g为硫的质量，放出H₂S气体2.24L，还发生反应2HCl+Na₂S=2NaCl+H₂S↑，根据n=

m

M

计算S的物质的量，进而计算生成S的反应中参加反应的Na₂S、Na₂SO₃各自的物质的量，根据n=

V

Vm

计算H₂S的物质的量，进而计算与盐酸反应生成H₂S气体需要Na₂SO₃的物质的量，再根据m=nM计算样品中Na₂S、Na₂SO₃各自的质量，继而计算Na₂SO₄的质量，根据n=

m

M

计算Na₂SO₄的物质的量．

解答：解：（1）11.70gNa₂S的物质的量为

11.7g

78g/mol

=

11.7

78

mol，根据硫元素守恒可知，需要无水芒硝的物质的量为

11.7 78 mol

90%

，故需要芒硝的质量为

11.7 78 mol

90%

×142g/mol=23.67g，
故答案为：23.67；
（2）若生成的气体为CO，消耗的碳的物质的量最多，由Na₂SO₄+4C

高温

Na₂S+4CO↑可知，生成3molNa₂S需要碳的物质的量为3mol×4=12mol，若生成的气体为CO₂，消耗的碳的物质的量最少，根据电子转移守恒可知，生成3molNa₂S需要碳的物质的量为

3mol×[6-(-2)]

4

=6mol，故消耗的碳单质的物质的量 n的范围是6mol≤n≤12mol；
若产生的气体最终只有CO₂，反应中C元素化合价由0价升高为+4价，根据电子转移守恒可知，生成3molNa₂S需要碳的物质的量为

3mol×[6-(-2)]

4

=6mol；
若生成等物质的量CO和CO₂，令各自物质的量为ymol，根据电子注意守恒，则2y+4y=3×[6-（-2）]，解得y=4，根据碳原子守恒可知，需要碳的物质的量为4mol+4mol=8mol，
故答案为：6；12；6；8；
（3）消耗的碳单质为1mol，根据碳原子守恒，生成的 CO 和 CO₂的总物质的量为1mol，生成的CO和CO₂的物质的量之比为x，令CO₂的物质的量为amol，则a+ax=1，故a=

1

1+x

，则CO的物质的量为

x

1+x

，反应生成 Na₂S的物质的量为ymol，根据电子转移守恒有：y×[6-（-2）]=

1

1+x

×4+

x

1+x

×2，整理得y=

x+2

4+4x

，
故答案为：

x+2

4+4x

；
（4）19.2g为硫的物质的量为

19.2g

32g/mol

=0.6mol，由方程式：2Na₂S+Na₂SO₃+6HCl=NaCl+3S↓+3H₂O可知，参加该反应
的Na₂S为0.6mol×

2

3

=0.4mol，Na₂SO₃的物质的量为0.6mol×

1

3

=0.2mol，
2.24LH₂S气体的物质的量为

2.24L

22.4L/mol

=0.1mol，根据反应2HCl+Na₂S=2NaCl+H₂S↑可知，参加该反应的Na₂S的物质的量为0.1mol，故样品中Na₂SO₄的质量为78.40g-0.2mol×126g/mol-（0.4mol+0.1mol）×78g/mol=14.2g，故Na₂SO₄的物质的量为

14.2g

142g/mol

=0.1mol，
故78.40g样品中氧化产物：Na₂SO₃为0.2mol，Na₂SO₄为0.1mol，
答：78.40g样品中氧化产物：Na₂SO₃为0.2mol，Na₂SO₄为0.1mol．

点评：本题考查混合物的有关计算，注意利用极限法与守恒法进行的计算，是对学生综合能力的考查，难度中等．