Question

4．硫化鈉是用于皮革鞣制的重要化學(xué)試劑，可用無水芒硝（Na₂SO₄）與炭粉在高溫下反應(yīng)而制得，反應(yīng)方程式如下：Na₂SO₄+4C→Na₂S+4CO   Na₂SO₄+4CO→Na₂S+4CO₂
（1）現(xiàn)有無水芒硝17.75g，若生成過程中無水芒硝的利用率為80%，則理論上可得到  Na₂S7.8g，最多生成標(biāo)況下的CO8.96L．
（2）若在反應(yīng)過程中生成的Na₂S 3mol，則消耗的碳單質(zhì)的物質(zhì)的量 n的范圍是6mol≤n≤12mol，若生成等物質(zhì)的量CO和CO₂，則消耗的碳的物質(zhì)的量為8mol．
（3）Na₂S放置在空氣中，會被緩慢氧化成Na₂SO₄ 及 Na₂SO₃，現(xiàn)稱取已經(jīng)部分氧化的硫化鈉樣品78.40g 溶于水中，加入足量鹽酸，充分反應(yīng)后過濾得沉淀19.20g，放出H₂S氣體2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．請計算：78.40g樣品中各氧化產(chǎn)物的物質(zhì)的量（寫出必要的計算過程）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算無水芒硝的物質(zhì)的量，根據(jù)硫元素守恒計算得到Na₂S的物質(zhì)的量，再根據(jù)m=nM計算Na₂S的質(zhì)量；
（2）若生成的氣體為CO，消耗的碳的物質(zhì)的量最多，若生成的氣體為CO₂，消耗的碳的物質(zhì)的量最少；若產(chǎn)生的氣體最終只有CO₂，反應(yīng)中C元素化合價由0價升高為+4價，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算需要碳的物質(zhì)的量；若生成等物質(zhì)的量CO和CO₂，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算CO和CO₂的物質(zhì)的量，再根據(jù)碳原子守恒計算碳的物質(zhì)的量；
（3）計算CO 和 CO₂各自的物質(zhì)的量，再根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒列等式，確定x 與 y的關(guān)系；
（4）Na₂S與Na₂SO₃在酸性條件下發(fā)生反應(yīng)：2Na₂S+Na₂SO₃+6HCl=NaCl+3S↓+3H₂O，故19.2g為硫的質(zhì)量，放出H₂S氣體2.24L，還發(fā)生反應(yīng)2HCl+Na₂S=2NaCl+H₂S↑，根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算S的物質(zhì)的量，進(jìn)而計算生成S的反應(yīng)中參加反應(yīng)的Na₂S、Na₂SO₃各自的物質(zhì)的量，根據(jù)n=$\frac{V}{Vm}$計算H₂S的物質(zhì)的量，進(jìn)而計算與鹽酸反應(yīng)生成H₂S氣體需要Na₂SO₃的物質(zhì)的量，再根據(jù)m=nM計算樣品中Na₂S、Na₂SO₃各自的質(zhì)量，繼而計算Na₂SO₄的質(zhì)量，根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算Na₂SO₄的物質(zhì)的量．

解答 解：（1）無水芒硝17.75g的物質(zhì)的量=$\frac{17.75g}{142g/mol}$=0.125mol，若生成過程中無水芒硝的利用率為80%，根據(jù)硫元素守恒可知，則理論上可得到 Na₂S的質(zhì)量是0.125mol×80%×78g/molg/mol=7.8g，根據(jù)反應(yīng)方程式：Na₂SO₄+4C=Na₂S+4CO，最多生成一氧化碳物質(zhì)的量是0.125mol×80%×4=0.4mol，體積是8.96L，故答案為：7.8，8.96；
（2）若生成的氣體為CO，消耗的碳的物質(zhì)的量最多，由Na₂SO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂S+4CO↑可知，生成3molNa₂S需要碳的物質(zhì)的量為3mol×4=12mol，若生成的氣體為CO₂，消耗的碳的物質(zhì)的量最少，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知，生成3molNa₂S需要碳的物質(zhì)的量為6mol，故消耗的碳單質(zhì)的物質(zhì)的量 n的范圍是6mol≤n≤12mol；
若產(chǎn)生的氣體最終只有CO₂，反應(yīng)中C元素化合價由0價升高為+4價，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知，生成3molNa₂S需要碳的物質(zhì)的量為$\frac{3mol[6-（-2）]}{4}$=6mol；
若生成等物質(zhì)的量CO和CO₂，令各自物質(zhì)的量為ymol，根據(jù)電子注意守恒，則2y+4y=3×[6-（-2）]，解得y=4，根據(jù)碳原子守恒可知，需要碳的物質(zhì)的量為4mol+4mol=8mol，
故答案為：6；12；8；
（3）19.2g為硫的物質(zhì)的量是0.6mol，由方程式：2Na₂S+Na₂SO₃+6HCl=NaCl+3S↓+3H₂O可知，參加該反應(yīng)的Na₂S為0.6mol×$\frac{2}{3}$=0.4mol，Na₂SO₃的物質(zhì)的量為0.6mol×$\frac{1}{3}$=0.2mol，2.24LH₂S氣體的物質(zhì)的量為$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，根據(jù)反應(yīng)2HCl+Na₂S=2NaCl+H₂S↑可知，參加該反應(yīng)的Na₂S的物質(zhì)的量為0.1mol，故樣品中Na₂SO₄的質(zhì)量為78.40g-0.2mol×126g/mol-（0.4mol+0.1mol）×78g/mol=14.2g，故Na₂SO₄的物質(zhì)的量為$\frac{14.2g}{142g/mol}$=0.1mol，
故78.40g樣品中氧化產(chǎn)物：Na₂SO₃為0.2mol，Na₂SO₄為0.1mol，
答：78.40g樣品中氧化產(chǎn)物：Na₂SO₃為0.2mol，Na₂SO₄為0.1mol．

點評 本題考查混合物的有關(guān)計算，注意利用極限法與守恒法進(jìn)行的計算，是對學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．