Question

6．铜的硫化物可用于冶炼金属铜．为测定某试样中Cu₂S、CuS的质量分数，进行如下实验：
步骤1：在0.7500g试样中加入100.00 mL 0.1200mol/L KMnO₄的酸性溶液，加热，硫元素全部转化为SO₄^2-，铜元素全部转化为Cu²⁺，滤去不溶性杂质．
步骤2：收集步骤1所得滤液至250 mL容量瓶中，定容．取25.00 mL溶液，用0.1000mol/L FeSO₄溶液滴定至终点，消耗16.00 mL．
步骤3：在步骤2滴定所得溶液中滴加氨水至出现沉淀，然后加入适量NH₄HF₂溶液（使Fe、Mn元素不参与后续反应），加入约1g KI固体（过量），轻摇使之溶解并发生反应：2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂．用0.05000mol/L Na₂S₂O₃溶液滴定至终点（离子方程式为2S₂O₃^2-+I₂?2I^-+S₄O₆^2-），消耗14.00 mL．
已知室温下K_sp[Fe（OH）₃】=2.6×10^-39
（1）写出Cu₂S与KMnO₄酸性溶液反应的化学方程式Cu₂S+2KMnO₄+4H₂SO₄=K₂SO₄+2MnSO₄+2CuSO₄+4H₂O
（2）步骤3中加入氨水的目的为除掉Fe³⁺，避免Fe³⁺与I^-反应，影响对Cu²⁺含量的测定；如果未加入氨水，则测得的Cu²⁺的物质的量将偏高（填“偏高”“偏低”或“不变”），混合固体中CuS的质量分数将偏低（填“偏高”“偏低”或“不变”）
（3）当加入氨水使得溶液pH=2.0时，则溶液中c（Fe³⁺）=2.6×10^-3mol/L，
（4）根据题中数据，计算混合固体中Cu₂S的质量分数w（Cu₂S）=42.7%CuS的质量分数w（CuS）=38.4%．

Answer 1

分析 （1）Cu₂S与KMnO₄酸性溶液反应高锰酸钾做氧化剂氧化Cu₂S反应生成硫酸铜、氯酸钾、硫酸锰和水；
（2）步骤3中加入氨水的目的为除掉铁离子，如果未加入氨水，铁离子也会氧化碘离子生成碘单质；
（3）溶液的pH=2.0，则c（OH^-）=10^-12mol/L，根据K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）计算；
（4）设Cu₂S和CuS的物质的最分别为x、y，根据2Cu²⁺～I₂～2S₂O₃^2-，利用原子守恒列式求出Cu₂S和CuS的物质的量、质量，再求出质量分数．

解答 解：（1）Cu₂S与KMnO₄酸性溶液反应高锰酸钾做氧化剂氧化Cu₂S反应生成硫酸铜、氯酸钾、硫酸锰和水，反应的化学方程式为：Cu₂S+2KMnO₄+4H₂SO₄=K₂SO₄+2MnSO₄+2CuSO₄+4H₂O，
故答案为：Cu₂S+2KMnO₄+4H₂SO₄=K₂SO₄+2MnSO₄+2CuSO₄+4H₂O；
（2）步骤3中加入氨水的目的为除掉Fe³⁺，避免Fe³⁺与I^-反应，影响对Cu²⁺含量的测定，如果未加入氨水，铁离子也能氧化碘离子生成碘单质，则测得的Cu²⁺的物质的量将偏高，混合固体中CuS减小，混合固体中CuS的质量分数将偏低，
故答案为：除掉Fe³⁺，避免Fe³⁺与I^-反应，影响对Cu²⁺含量的测定；偏高；偏低；
（3）步骤3加入氨水产生沉淀时，溶液的pH=2.0，则c（OH^-）=10^-12mol/L，K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=2.6×10^-39，
则溶液中c（Fe³⁺）=$\frac{2.6×1{0}^{-39}}{（1{0}^{-12}）^{3}}$=2.6×10^-3mol/L
故答案为：2.6×10^-3mol/L；
（4）设Cu₂S和CuS的物质的最分别为x、y，
根据关系式2Cu²⁺～I₂～2S₂O₃^2-可知：n（Cu²⁺）=n（S₂O₃^2-）=0.050 00 mol•L^-1×14.00×10^-3 L=7.000×10^-4 mol，
则：2x+y=7.000×10^-4 mol×$\frac{250ml}{25ml}$…①，
Cu₂S和CuS被高锰酸钾氧化为CuSO₄，Cu、S元素失去电子的物质的量等于Mn元素得到电子的物质的量，
则10x+8y=0.120 0mol•L^-1×0.1L×5-0.100mol•L^-1×0.016L×$\frac{250ml}{25ml}$…②，
联立方程式①②，
解得：x=2.000×10^-3mol、y=3.000×10^-3mol，
试样中Cu₂S的质量分数为：w（Cu₂S）=$\frac{2.000×1{0}^{-3}mol×160g/mol}{0.7500g}$×100%=42.7%，
试样中CuS的质量分数为：w（CuS）=$\frac{3.000×1{0}^{-3}mol×96g/mol}{0.7500g}$×100%=38.4%，
答：Cu₂S的质量分数为42.7%，CuS的质量分数为38.4%．

点评 本题考查了物质组成分析与化学综合计算题，涉及氧化还原反应滴定、溶度积的计算等，难度中等，注意运用元素守恒进行推理计算，学习中紧紧抓住元素守恒、质量守恒、电荷守恒、极端分析等化学常用分析方法．