Question

20．黃鐵礦（主要成分為CuFeS₂，S為-2價）是工業(yè)聯(lián)通的主要原料，現(xiàn)有一種天然黃鐵礦（含SiO₂）為了測定該黃鐵礦的純度，設(shè)計了如下實驗：

現(xiàn)稱取研細的黃鐵礦樣品1.84g，在空氣存在下進行煅燒，發(fā)生如下反應(yīng)：3CuFeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Cu+Fe₃O₄+6SO₂
試驗后d中溶液的$\frac{1}{10}$置于錐形瓶中，用0.0500mol/L標(biāo)準(zhǔn)碘溶液進行滴定，消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL，請回答下列問題：
（1）3CuFeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Cu+Fe₃O₄+6SO₂中氧化產(chǎn)物是Fe₃O₄、SO₂ ，當(dāng)生成0.3molSO₂氣體時，轉(zhuǎn)移電子1.9mol
（2）將樣品研細后再反應(yīng)，其目的是增大接觸面積，使原料充分反應(yīng)、加快反應(yīng)速率，裝置C的作用是除去多余的氧氣
（3）用標(biāo)準(zhǔn)碘溶液滴定d中溶液的離子方程式是SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-，滴定達中點時的現(xiàn)象是錐形瓶中的溶液由無色變?yōu)樗{色且半分鐘不褪色
（4）上述反應(yīng)結(jié)束后，仍需通一段時間的空氣，其目的是使反應(yīng)生成的SO₂全部進入d裝置中，使結(jié)果精確
（5）通過計算可知，該黃銅礦的純度為50%
（6）若將原裝置d中的試液換為Ba（OH）₂溶液，測得黃銅礦純度偏高，假設(shè)實驗操作均正確，可能的原因主要是空氣中的CO₂與Ba（OH）₂反應(yīng)生成BaCO₃沉淀，BaSO₃被氧化成BaSO₄．

Answer 1

分析 該實驗原理是：根據(jù)黃銅礦受熱分解產(chǎn)生的二氧化硫的量的測定（二氧化硫可以用碘水來標(biāo)定），結(jié)合元素守恒可以確定黃銅礦的量，進而計算其純度．
（1）CuFeS₂，S為-2價元素Cu元素化合價+2價，F(xiàn)e元素化合價為+2價，反應(yīng)后銅元素化合價降低，鐵元素化合價升高，硫元素化合價升高，氧元素化合價降低，氧化產(chǎn)物是元素化合價升高的被氧化得到氧化產(chǎn)物，依據(jù)電子守恒計算電子轉(zhuǎn)移總數(shù)；
（2）根據(jù)樣品稱量的精確度來分析；增大固體的表面積可以加快化學(xué)反應(yīng)速濃硫酸可以將水除去，灼熱的銅網(wǎng)可以除去多余的氧氣；
（3）用標(biāo)準(zhǔn)碘溶液滴定d中溶液的反應(yīng)是二氧化硫被溴單質(zhì)氧化生成硫酸和氫溴酸，根據(jù)反應(yīng)結(jié)束時的顏色變化判斷滴定終點，當(dāng)達到滴定終點時，二氧化硫已經(jīng)被碘單質(zhì)消耗完畢，再滴入一滴碘單質(zhì)，遇到淀粉會變藍；
（4）二氧化硫全部被吸收是實驗成敗的關(guān)鍵；
（5）根據(jù)滴定管的讀數(shù)方法和要求來回答判斷，根據(jù)反應(yīng)實質(zhì)，得到：2I₂～2SO₂～CuFeS₂，結(jié)合定量關(guān)系計算；
（6）二氧化碳和二氧化硫均可以和氫氧化鋇反應(yīng)生成白色沉淀，亞硫酸鋇易被氧化為硫酸鋇．

解答 解：該實驗原理是：根據(jù)黃銅礦受熱分解產(chǎn)生的二氧化硫的量的測定（二氧化硫可以用碘水來標(biāo)定），結(jié)合元素守恒可以確定黃銅礦的量，進而計算其純度．
（1）CuFeS₂，S為-2價元素Cu元素化合價+2價，F(xiàn)e元素化合價為+2價，反應(yīng)后銅元素化合價降低，鐵元素化合價升高，硫元素化合價升高，氧元素化合價降低，氧化產(chǎn)物是元素化合價升高的被氧化得到氧化產(chǎn)物，氧化產(chǎn)物為：Fe₃O₄、SO₂ ，依據(jù)電子守恒計算電子轉(zhuǎn)移總數(shù)，反應(yīng)中3Cu²⁺～3Cu～6e^-，8O₂～Fe₃O₄+6SO₂
～32e^-，生成6molSO₂，電子轉(zhuǎn)移總數(shù)為38mol，當(dāng)生成0.3molSO₂氣體時1.9mol電子，
故答案為：Fe₃O₄、SO₂ ；1.9；
（2）將樣品研細后再反應(yīng)，即增大固體的表面積，目的是使原料充分反應(yīng)、加快反應(yīng)速率，灼熱的銅網(wǎng)可以除去多余的氧氣，
故答案為：增大接觸面積，使原料充分反應(yīng)、加快反應(yīng)速率；除去多余的氧氣；
（3）用標(biāo)準(zhǔn)碘溶液滴定d中溶液的反應(yīng)是二氧化硫被溴單質(zhì)氧化生成硫酸和氫溴酸，反應(yīng)的離子方程式為：SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-，當(dāng)達到滴定終點時，二氧化硫已經(jīng)被碘單質(zhì)消耗完畢，再滴入一滴碘單質(zhì)，遇到淀粉會變藍且半分鐘不褪色，證明反應(yīng)達到反應(yīng)終點，
故答案為：SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-，錐形瓶中的溶液由無色變?yōu)樗{色且半分鐘不褪色；
（4）黃銅礦受熱分解生成二氧化硫等一系列產(chǎn)物，分解完畢后仍然通入空氣，可以將產(chǎn)生的二氧化硫全部排出去，使結(jié)果精確，
故答案為：使反應(yīng)生成的SO₂全部進入d裝置中，使結(jié)果精確；
（5）根據(jù)滴定管的示數(shù)是上方小，下方大，可以讀出滴定管示數(shù)是20.00mL，當(dāng)達到滴定終點時，二氧化硫已經(jīng)被碘單質(zhì)消耗完畢，再滴入一滴碘單質(zhì)，遇到淀粉會變藍，根據(jù)反應(yīng)實質(zhì)，得到：2I₂～2SO₂～CuFeS₂，消耗掉0.05mol/L標(biāo)準(zhǔn)碘溶液20.00mL時，即消耗的碘單質(zhì)的量為：0.05mol/L×0.02L=0.0010mol，所以黃銅礦的質(zhì)量是：0.5×0.0010mol×184g/mol×10=0.92g，所以其純度是：$\frac{0.92g}{1.84g}$×100%=50%，
故答案為：50%；
（6）空氣中的CO₂與Ba（OH）₂反應(yīng)可以生成BaCO₃沉淀，此外BaSO₃被氧化成BaSO₄均可以導(dǎo)致所以的沉淀的量比二氧化硫和氫氧化鋇反應(yīng)生成的白色沉淀的量多，
故答案為：空氣中的CO₂與Ba（OH）₂反應(yīng)生成BaCO₃沉淀，BaSO₃被氧化成BaSO₄．

點評 本題考查了探究黃銅礦的純度，涉及了儀器選擇、純度計算等知識，題量較大，充分考查了學(xué)生分析和解決問題的能力，本題難度中等．