Question

9．闪锌矿（主要成份为ZnS）是含锌主要矿物之一，高温加热闪锌矿生成ZnO和SO₂．ZnO用于冶炼
金属锌，SO₂可制亚硫酸盐或硫酸．计算回答下列问题（保留2位小数）
（1）取1.56g闪锌矿样品，在空气中高温加热（杂质不反应），充分反应后，冷却，得到残留固体的质量为
1.32g，样品中含硫化锌的质量分数是93%．
（2）取1.95g锌加入到12.00mL18.4mol/L的浓硫酸中（反应中不生成H₂），充分反应后，小心地将溶液稀
释到1000mL，取出15.00mL用0.25mol/L的NaOH溶液滴定，耗用NaOH溶液的体积为21.70mL．通过计算确定浓硫酸被还原的产物是S．
（3）亚硫酸钠在600℃时分解为硫化钠与硫酸钠的混合物．反应的化学方程式为：4Na₂SO₃→3Na₂SO₄+Na₂S；将20.16g纯净亚硫酸钠加热到600℃一段时间后，冷却，向残留固体中加入足量稀硫酸，充分反应后，得干燥固体0.96g，计算亚硫酸钠分解的百分率．
（4）将标况下4.48LSO₂气体慢慢通入200mL一定浓度NaOH溶液中，SO₂气体全部被吸收，将反应后的溶液小心蒸干，得到不超过两种物质的无水晶体26.8g．通过计算确定反应后溶液中溶质的物质的量．

Answer 1

分析 （1）发生反应：2ZnS+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2ZnO+2SO₂，利用固体质量差量法计算ZnS的质量，进而计算样品中含硫化锌的质量分数；
（2）参加反应的硫酸得到ZnSO₄及还原产物，根据滴定消耗的NaOH计算剩余硫酸物质的量，利用S原子守恒计算被含有硫酸的物质的量，再根据电子转移守恒计算还原产物中S元素化合价确定还原产物；
（3）反应后固体加入硫酸发生反应：Na₂SO₃+2Na₂S+3H₂SO₄=3Na₂SO₄+3S↓+3H₂O，可能剩余的Na₂SO₃不足，也可能是Na₂S不足，据此讨论计算；
（4）SO₂气体的物质的量为$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，SO₂与NaOH作用可能的反应有：SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O、SO₂+NaOH=NaHSO₃，
若只生成Na₂SO₃，则Na₂SO₃的质量是0.2mol×126g/mol=25.2g，若只生成NaHSO₃，则NaHSO₃的质量是0.2mol×104g/mol=20.8g，由于25.2＜26.8，NaOH过量，溶质可能Na₂SO₃和NaOH；
由于Na₂SO₃易被氧化为Na₂SO₄，若只得到Na₂SO₄，则Na₂SO₃的质量是0.2mol×142g/mol=28.4g，由于25.2＜26.8＜28.4，反应后溶质可能为Na₂SO₃和Na₂SO₄，据此讨论计算．

解答 解：（1）设ZnS的质量是x，则：
2ZnS+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2ZnO+2SO₂  固体质量减少
194           162          32
x                         1.56g-1.32g=0.24g
即x=$\frac{0.24g×194}{32}$=1.455g，所以ZnS的质量分数=$\frac{1.455g}{1.56g}$×100%≈93%，
故答案为：93%；
（2）硫酸和氢氧化钠之间中和的实质是：H⁺+OH^-=H₂O，取出15.00mL用0.25mol/L的NaOH溶液滴定，耗用NaOH溶液的体积为21.70mL，则剩余硫酸为：0.25mol/L×0.0217L×$\frac{1}{2}$×$\frac{1000mL}{15mL}$≈0.1808mol，消耗的硫酸的物质的量是0.012L×18.4mol/L-0.1808mol=0.040mol，金属锌的物质的量是：$\frac{1.95g}{65g/mol}$=0.03mol，生成硫酸锌的物质的量是0.03mol，设硫酸的还原产物中硫元素的化合价是n，根据电子守恒：0.03mol×（2-0）=（0.04mol-0.03mol）×（6-n），解得n=0，所以浓硫酸被还原的产物是硫单质，
故答案为：S；
（3）反应后固体加入硫酸发生反应：Na₂SO₃+2Na₂S+3H₂SO₄=3Na₂SO₄+3S↓+3H₂O，得到S的质量为0.96g，则：
Na₂SO₃+2Na₂S+3H₂SO₄=3Na₂SO₄+3S↓+3H₂O
126    156                 96
1.26   1.56                0.96
若剩余的Na₂SO₃不足，则Na₂SO₃分解率为$\frac{20.16g-1.26g}{20.16g}$×100%=93.75%；
也可能是Na₂S不足，则：
4Na₂SO₃$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$3Na₂SO₄+Na₂S
252                 78
x                  1.56g
x=$\frac{1.56g×252}{78}$=10.8g，
则Na₂SO₃分解率为$\frac{10.8g}{20.16g}$×100%=50%，
答：亚硫酸钠分解的百分率为93.75%或50%；
（4）SO₂气体的物质的量为$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，SO₂与NaOH作用可能的反应有：SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O、SO₂+NaOH=NaHSO₃，
若只生成Na₂SO₃，则n（Na₂SO₃）=n（SO₂）=0.2mol，则Na₂SO₃的质量是0.2mol×126g/mol=25.2g，若只生成NaHSO₃，则NaHSO₃的质量是0.2mol×104g/mol=20.8g，由于25.2＜26.8，NaOH过量，溶质可能Na₂SO₃和NaOH，NaOH质量为26.8g-25.2g=1.6g，则NaOH的物质的量为$\frac{1.6g}{40g/mol}$=0.04mol；
由于Na₂SO₃易被氧化为Na₂SO₄，若只得到Na₂SO₄，则Na₂SO₃的质量是0.2mol×142g/mol=28.4g，由于25.2＜26.8＜28.4，反应后溶质可能为Na₂SO₃和Na₂SO₄，设二者物质的量分别为xmol、ymol，则：
$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.2}\\{126x+142y=26.8}\end{array}\right.$，解得x=y=0.1，
答：①第一种情况：n （NaOH）=0.04 mol、n （Na₂SO₃）=0.20 mol；
②另一种可能是Na₂SO₃和Na₂SO₄的混合物，n （Na₂SO₄）=n（Na₂SO₃）=0.10mol．

点评 本题是对化学计算的考查，侧重考查学生分析计算能力，涉及元素守恒、极端假设、电子转移守恒、讨论法等解题思维，难度较大．