Question

3．工業(yè)上為了測定輝銅礦（主要成分是Cu₂S）中Cu₂S的質(zhì)量分數(shù)，設(shè)計了如圖裝置．實驗時按如下步驟操作：
A．連接全部儀器，使其成為如圖裝置，并檢查裝置的氣密性．
B．稱取研細的輝銅礦樣品1.000g．
C．將稱量好的樣品小心地放入硬質(zhì)玻璃管中．
D．以每分鐘1L的速率鼓入空氣．
E．將硬質(zhì)玻璃管中的輝銅礦樣品加熱到一定溫度，發(fā)生反應(yīng)為：Cu₂S+O₂═SO₂+2Cu．
F．移取25.00ml含SO₂的水溶液于250ml錐形瓶中，用0.0100mol/L KMnO₄標準溶液滴定至終點．按上述操作方法重復(fù)滴定2-3次．

試回答下列問題：
（1）裝置①的作用是除去空氣中可能含有的SO₂等氣體；裝置②的作用是干燥氣體．
（2）假定輝銅礦中的硫全部轉(zhuǎn)化為SO2，并且全部被水吸收，則操作F中所發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2KMnO₄+5H₂SO₃=2MnSO₄+K₂SO₄+2H₂SO₄+3H₂O；
（3）若操作F的滴定結(jié)果如表所示，則輝銅礦樣品中Cu₂S的質(zhì)量分數(shù)是80%．

滴定 次數(shù)	待測溶液的 體積/mL	標準溶液的體積
		滴定前刻度/mL	滴定后刻度/mL
1	25.00	1.04	21.03
2	25.00	1.98	21.99
3	25.00	3.20	21.24

（4）本方案設(shè)計中有一個明顯的缺陷影響了測定結(jié)果（不屬于操作失誤），你認為是（寫一種即可）：在KMnO₄滴定前，未反應(yīng)完的O₂與空氣中的O₂也可將H₂SO₃氧化，造成測定結(jié)果偏低．
（5）已知在常溫下FeS 的K_sp=6.25×10^-18，H₂S 飽和溶液中c（H⁺）與c（S${\;}_{2}^{-}$）之間存在如下關(guān)系：c₂（H⁺）•c（S^2-）=1.0×10^-22．在該溫度下，將適量 FeS 投入硫化氫飽和溶液中，欲使溶液中（Fe²⁺）為 lmol/L，應(yīng)調(diào)節(jié)溶液的c（H⁺）為4×10^-3mol/L．
（6）某人設(shè)想以如圖所示裝置用電化學(xué)原理生產(chǎn)硫酸，寫出通入SO₂的電極的電極反應(yīng)式SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺．

Answer 1

分析 實驗原理是Cu₂S+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SO₂+2Cu反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化硫被水吸收，用高錳酸鉀來滴定，通過消耗高錳酸鉀的量來計算Cu₂S的質(zhì)量，進而計算Cu₂S的質(zhì)量分數(shù)．
（1）裝置①中是高錳酸鉀溶液與氫氧化鉀溶液的混合溶液，目的是為了吸收空氣中可能含有的二氧化硫氣體；裝置②干燥管中的氯化鈣是干燥氣體的作用；
（2）高錳酸鉀具有氧化性，可以氧化亞硫酸為硫酸，錳被還原為錳離子，據(jù)此寫出反應(yīng)方程式；
（3）依據(jù)反應(yīng)Cu₂S+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SO₂+2Cu、2KMnO₄+5H₂SO₃=2MnSO₄+K₂SO₄+2H₂SO₄+3H₂O；
依據(jù)反應(yīng)定量關(guān)系計算；5Cu₂S～5SO₂～5H₂SO₃～2KMnO₄；
（4）二氧化硫具有還原性，空氣中氧氣也可把二氧化硫氧化；
（5）根據(jù)硫化亞鐵的溶度積常數(shù)和亞鐵離子濃度計算硫離子濃度，再根據(jù)氫硫酸的電離平衡常數(shù)計算氫離子濃度；
（6）該裝置是原電池，負極上的二氧化硫失電子發(fā)生氧化反應(yīng)．

解答 解：（1）裝置①中溶液是高錳酸鉀溶液與氫氧化鉀溶液的混合溶液，目的是為了吸收空氣中可能含有的二氧化硫氣體，避免對測定結(jié)果產(chǎn)生誤差；裝置②干燥管中的氯化鈣是除去混有的水蒸汽，干燥氣體的作用，
故答案為：除去空氣中可能含有的SO₂等氣體；干燥氣體；
（2）高錳酸鉀具有氧化性，可以氧化亞硫酸為硫酸，高錳酸鉀被還原為硫酸錳，反應(yīng)的方程式為：2KMnO₄+5H₂SO₃=2MnSO₄+K₂SO₄+2H₂SO₄+3H₂O，故答案為：2KMnO₄+5H₂SO₃=2MnSO₄+K₂SO₄+2H₂SO₄+3H₂O；
（3）若稱得礦樣的質(zhì)量為1.000g，第3組數(shù)據(jù)誤差太大，舍去，前兩組消耗高錳酸鉀溶液的平均體積為：
$\frac{（21.03-1.04）+（21.99-1.98）}{2}$mL=20.00mL，濃度為0.0100mol/L，高錳酸鉀的物質(zhì)的量=0.0100mol•L^-1×0.0200L=2.000×10^-4mol；依據(jù)反應(yīng)定量關(guān)系計算；
5Cu₂S～5SO₂～5H₂SO₃～2KMnO₄
5 2
n 2.000×10^-4mol
n=5×10^-4mol
則輝銅礦樣品中Cu₂S的質(zhì)量分數(shù)是=$\frac{5×10{\;}^{-4}mol×160g/mol×\frac{250}{25}}{1.000g}$×100%=80%；
故答案為：80%．
（4）二氧化硫具有還原性，空氣中氧氣沒有除去，會把二氧化硫部分氧化，則和高錳酸鉀反應(yīng)的二氧化硫減少，造成結(jié)果偏低，故答案為：在KMnO₄滴定前，未反應(yīng)完的O₂與空氣中的O₂也可將H₂SO₃氧化，造成測定結(jié)果偏低；
（5）溶液中c（S^2-）=$\frac{Ksp}{c（Fe{\;}^{2+}）}$=6.25×10^-18mol/L，c²（H⁺）•c（S^2-）=1.0×10^-22，則c（H⁺）=$\sqrt{\frac{1×10{\;}^{-22}}{6.25×10{\;}^{-18}}}$mol/L=4×10^-3mol/L，
故答案為：4×10^-3mol/L；
（6）負極上，二氧化硫失電子和水反應(yīng)生成硫酸，電極反應(yīng)式為：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺．

點評 本題考查了物質(zhì)性質(zhì)的探究實驗設(shè)計和過程分析判斷，滴定計算及誤差分析、沉淀溶解平衡的計算、原電池原理等，搞清原理和物質(zhì)性質(zhì)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．