Question

9．黄铜矿是工业炼铜的主要原料，其主要成分为CuFeS₂，现有一种天然黄铜矿（含SiO₂），为了测定该黄铜矿的纯度，某同学设计了如图1实验：

现称取研细的黄铜矿样品23g，在空气存在下煅烧，生成Cu、Fe₃O₄和SO₂气体，实验后取d中溶液的$\frac{1}{10}$置于锥形瓶中，恰好与50mL 0.2mol/L H₂S溶液完全反应．
（1）装置a的作用是BD（填标号）．
A．除去SO₂气体               B．除去空气中的水蒸气
C．有利于气体混合            D．有利于观察空气流速
（2）上述反应结束后，仍需通一段时间的空气，其目的是使反应生成的SO₂全部进入d装置中，使结果精确．
（3）通过计算可知，该黄铜矿的纯度为60%．去除实验装置c，黄铜矿的纯度的测定结果将偏小（填“偏大”、“偏小”或“不变”）．
（4）若用图2装置替代实验装置d，同样可以达到实验目的是②（填序号）．
（5）若将原装置d中试液改为足量Ba（OH）₂溶液，测得的黄铜矿纯度会产生误差，假设实验操作均正确，可能的原因主要有空气中的CO₂与Ba（OH）₂反应生成BaCO₃沉淀或BaSO₃被氧化成BaSO₄．

Answer 1

分析 该实验原理是：根据黄铜矿受热分解产生的二氧化硫的量的测定（二氧化硫可以用碘水来标定），结合元素守恒可以确定黄铜矿的量，进而计算其纯度．
（1）浓硫酸可以将水除去，还可以根据冒出气泡的速率来调节空气流速；
（2）二氧化硫全部被吸收是实验成败的关键；
（3）已知发生的反应有8CuFeS₂+21O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8Cu+4FeO+2Fe₂O₃+16SO₂，I₂+SO₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI，I₂+H₂S=S↓+2HI，根据消耗50mL 0.2mol/L H₂S溶液及其碘单质的物质的量求出CuFeS₂的物质的量和质量，再根据样品的质量求出质量分数；去掉c装置气体中二氧化硫在水溶液中会和氧气反应，测定结果偏小；
（4）二氧化硫和单质碘之间发生氧化还原反应，根据消耗碘单质的量可以确定二氧化硫的量，进而确定黄铜矿的纯度；
（5）二氧化碳和二氧化硫均可以和氢氧化钡反应生成白色沉淀，亚硫酸钡易被氧化为硫酸钡．

解答 解：该实验原理是：根据黄铜矿受热分解产生的二氧化硫的量的测定（二氧化硫可以用碘水来标定），结合元素守恒可以确定黄铜矿的量，进而计算其纯度．
（1）装置a中的浓硫酸可易吸收空气中的水蒸气，同时根据冒出的气泡的速率来控制气体的通入量；故答案为：BD；
（2）黄铜矿受热分解生成二氧化硫等一系列产物，分解完毕后仍然通入空气，可以将产生的二氧化硫全部排出去，使结果精确，
故答案为：使反应生成的SO₂全部进入d装置中，使结果精确；
（3）已知发生的反应有8CuFeS₂+21O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8Cu+4FeO+2Fe₂O₃+16SO₂，I₂+SO₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI，
取d中溶液的$\frac{1}{10}$置于锥形瓶中，恰好与50mL 0.2mol/L H₂S溶液完全反应，根据I₂+H₂S=S↓+2HI，即剩余I₂的量为：0.05mol/L×0.2L×10=0.1mol，
再根据反应方程式I₂+SO₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI，得消耗I₂的量为0.25mol-0.1mol=0.15mol，所以生成二氧化硫物质的量为0.15mol，再根据8CuFeS₂+21O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8Cu+4FeO+2Fe₂O₃+16SO₂，所以黄铜矿的质量是：0.15mol×$\frac{1}{2}$×184g/mol=13.8g，
所以其纯度是：$\frac{13.8}{23}$×100%=60%，
去掉c装置气体中二氧化硫在水溶液中会和氧气反应，反应的化学方程式为：2SO₂+O₂+H₂O=2H₂SO₄，测定结果偏小，
故答案为：60%；偏小；
（4）用如图2装置替代上述实验装置d，不能用③，原因是前面通入的空气中也会占据一部分气体体积，所以根据液面上升的高度可以确定生成的量，进而根据元素守恒来确定黄铜矿的纯度，故答案为：②；
（5）空气中的CO₂与Ba（OH）₂反应可以生成BaCO₃沉淀，此外BaSO₃被氧化成BaSO₄均可以导致所以的沉淀的量比二氧化硫和氢氧化钡反应生成的白色沉淀的量多，
故答案为：空气中的CO₂与Ba（OH）₂反应生成BaCO₃沉淀或BaSO₃被氧化成BaSO₄．

点评 本题考查了探究黄铜矿的纯度，涉及了实验原理的分析应用、纯度计算、实验方案的评价等知识，题目难度中等，试题侧重考查学生的分析、理解能力及灵活应用基础知识的能力．