Question

（2012?崇明縣二模）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)式如下：
①Na₂SO₄+4C

高溫

Na₂S+4CO↑
②Na₂SO₄+4CO

高溫

Na₂S+4CO₂
（1）現(xiàn)要制取Na₂S 7.80g，若生產(chǎn)過程中無水芒硝（Na₂SO₄）的利用率為90%，則理論上需要無水芒硝（Na₂SO₄）

15.78

g（精確到0.01）；
（2）若在反應(yīng)中生成的Na₂S物質(zhì)的量為1mol，則消耗的碳單質(zhì)的物質(zhì)的量n的范圍是

2mol

＜n＜

4mol

；
（3）若在上述反應(yīng)中消耗的碳單質(zhì)為1mol，生成Na₂S的物質(zhì)的量為 y mol，生成的CO和CO₂的物質(zhì)的量之比為x，則y與x的關(guān)系式為y=

x+2

4+4x

；
（4）Na₂S放置在空氣中，會(huì)緩慢氧化成Na₂SO₃及Na₂SO₄，現(xiàn)稱取已經(jīng)部分氧化的硫化鈉樣品39.20g溶于水中，加入足量硫酸，充分反應(yīng)后，過濾得沉淀9.6g，放出H₂S氣體1.12L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．請計(jì)算：39.20g樣品中各成分的物質(zhì)的量分別為

2Na₂S+Na₂SO₃+3 H₂SO₄→3 Na₂SO₄+3S↓+3H₂O，Na₂S+H₂SO₄→Na₂SO₄+H₂S根據(jù)以上兩個(gè)反應(yīng)結(jié)合題中條件可求得：39.20 g樣品中有n（Na₂S）=0.250 mol、n（Na₂SO₃）=0.10 mol，再應(yīng)用質(zhì)量守恒得n（Na₂SO₄）=0.05 mol

．
（請寫出計(jì)算過程）

Answer 1

分析：（1）根據(jù)n=

m

M

計(jì)算7.80gNa₂S的物質(zhì)的量，根據(jù)硫元素守恒計(jì)算需要無水芒硝的物質(zhì)的量，再根據(jù)m=nM計(jì)算無水芒硝的質(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(jià)由0價(jià)升高為+4價(jià)，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)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(jì)算CO和CO₂的物質(zhì)的量，再根據(jù)碳原子守恒計(jì)算碳的物質(zhì)的量；
（3）計(jì)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9.6g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=

m

M

計(jì)算S的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)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=

V

Vm

計(jì)算H₂S的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)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(jì)算樣品中Na₂S、Na₂SO₃各自的質(zhì)量，繼而計(jì)算Na₂SO₄的質(zhì)量，根據(jù)n=

m

M

計(jì)算Na₂SO₄的物質(zhì)的量．

解答：解：（1）7.80gNa₂S的物質(zhì)的量為

7.80g

78g/mol

=0.1mol，根據(jù)硫元素守恒可知，需要無水芒硝的物質(zhì)的量為

0.1mol

90%

=

10

0.9

mol，故需要芒硝的質(zhì)量為

10

0.9

mol×142g/mol=15.78g，
故答案為：15.78；
（2）若生成的氣體為CO，消耗的碳的物質(zhì)的量最多，由Na₂SO₄+4C

高溫  .

Na₂S+4CO↑可知，生成1molNa₂S需要碳的物質(zhì)的量為mol×4=4mol，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1molNa₂S需要碳的物質(zhì)的量為

1mol×[6-(-2)]

4

=2mol，故消耗的碳單質(zhì)的物質(zhì)的量 n的范圍是2mol≤n≤4mol；
故答案為：2mol；4mol；
（3）消耗的碳單質(zhì)為1mol，根據(jù)碳原子守恒，生成的 CO 和 CO₂的總物質(zhì)的量為1mol，生成的CO和CO₂的物質(zhì)的量之比為x，令CO₂的物質(zhì)的量為amol，則a+ax=1，故a=

1

1+x

，則CO的物質(zhì)的量為

x

1+x

，反應(yīng)生成 Na₂S的物質(zhì)的量為ymol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒有：y×[6-（-2）]=

1

1+x

×4+

x

1+x

×2，整理得y=

x+2

4+4x

，
故答案為：

x+2

4+4x

；
（4）9.6g為硫的物質(zhì)的量為

9.6g

32g/mol

=0.3mol，由方程式：2Na₂S+Na₂SO₃+6HCl=NaCl+3S↓+3H₂O可知，參加該反應(yīng)的Na₂S為0.3mol×

2

3

=0.2mol，Na₂SO₃的物質(zhì)的量為0.3mol×

1

3

=0.1mol，2.24LH₂S氣體的物質(zhì)的量為

1.12L

22.4L/mol

=0.05mol，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0.05mol，故樣品中Na₂SO₄的質(zhì)量為39.20g-0.1mol×126g/mol-（0.2mol+0.05mol）×78g/mol=7.1g，故Na₂SO₄的物質(zhì)的量為

7.1g

142g/mol

=0.05mol，
故78.40g樣品中氧化產(chǎn)物：Na₂SO₃為0.2mol，Na₂SO₄為0.1mol，
答：2Na₂S+Na₂SO₃+3 H₂SO₄→3 Na₂SO₄+3S↓+3H₂O，Na₂S+H₂SO₄→Na₂SO₄+H₂S根據(jù)以上兩個(gè)反應(yīng)結(jié)合題中條件可求得：39.20 g樣品中有n（Na₂S）=0.250 mol、n（Na₂SO₃）=0.10 mol，再應(yīng)用質(zhì)量守恒得n（Na₂SO₄）=0.05 mol．

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