Question

閃鋅礦（主要成份為ZnS）是含鋅主要礦物之一，空氣中高溫加熱閃鋅礦生成ZnO和SO₂．ZnO用于冶煉金屬鋅，SO₂可制亞硫酸鹽或硫酸．回答下列問題（以下計算保留2位小數）
（1）取1.56g閃鋅礦樣品，在空氣中高溫加熱（雜質不反應），充分反應后，冷卻，得到殘留固體的質量為1.32g，樣品中含硫化鋅的質量分數是

 

．
（2）取1.95g鋅加入到12.00mL18.4mol/L的濃硫酸中（反應中只生成一種還原產物），充分反應后，小心地將溶液稀釋到1000mL，取出15.00mL，以酚酞為指示劑，用0.25mol/L的NaOH溶液中和余酸，耗用NaOH溶液的體積為21.70mL．
①反應后溶液中多余的硫酸是

 

 mol．
②通過計算確定濃硫酸被還原的產物是

 

．
（3）將標況下4.48LSO₂氣體慢慢通入200mL一定濃度NaOH溶液中，SO₂氣體全部被吸收，將反應后的溶液在空氣中小心蒸干（不考慮酸式鹽的分解），得到不超過兩種物質的無水晶體26.8g．通過計算確定所得晶體的成分與物質的量．

Answer 1

分析：（1）閃鋅礦（主要成份為ZnS）在空氣中高溫加熱閃鋅礦生成ZnO和SO₂，根據固體質量差量法來計算即可；
（2）①根據硫酸和氫氧化鈉之間的中和反應來確定剩余的硫酸的物質的量；
②根據電子守恒和化合價變化之間的關系來計算；
（3）SO₂與氫氧化鈉反應都生成Na₂SO₃，可通過化學方程式的計算得出其質量，SO₂與氫氧化鈉反應都生成NaHSO₃，可通過化學方程式的計算得出其質量，比較極限反應獲得固體質量和實際質量之間的關系可以進行討論，在根據S元素守恒和質量關系計算各自的量的多少即可．

解答：解：（1）設ZnS的質量是x，則
2ZnS+3O₂=2ZnO+2SO₂   減少的固體質量
194       161          32
x                    1.56-1.32
  即

194

x

=

32

1.56-1.32

  解得x=1.455g，所以ZnS的質量分數=

1.455

1.56

×100%≈93%，
故答案為：93%；
（2）①硫酸和氫氧化鈉之間中和的實質是：H⁺+OH^-=H₂O，用0.25mol/L的NaOH溶液中和余酸，耗用NaOH溶液的體積為21.70mL，這些氫氧化鈉中和掉的硫酸的物質的量0.25mol/L×0.0217L×

1

2

=0.0027mol，剩余硫酸的物質的量0.0027mol×

1000

15

≈0.18mol，
故答案為：0.18；
②取1.95g鋅加入到12.00mL18.4mol/L的濃硫酸中（反應中只生成一種還原產物），消耗的硫酸的物質的量是0.012L×18.4mol/L-0.18mol=0.0408mol．設硫酸的還原產物中，硫元素的化合價是n，金屬鋅的物質的量是：

1.95g

65g/mol

=0.03mol，生成硫酸鋅的物質的量是0.03mol，所以0.03mol的硫酸顯示酸性，根據電子守恒：

1.95g

65g/mol

×（2-0）=（0.0408mol-0.03mol）×（6-n），解得n=0，所以濃硫酸被還原的產物是硫單質，
故答案為：S；
（3）若4.48L即0.2mol標況下的SO₂與氫氧化鈉反應都生成Na₂SO₃，可通過化學方程式的計算得出其質量，SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O，生成Na₂SO₃25.2g，若4.48L即0.2mol標況下的SO₂與氫氧化鈉反應都生成NaHSO₃，SO₂+NaOH═NaHSO₃，生成的NaHSO₃質量為20.8g，所以最后得到的無水晶體不可能是這兩種物質形成的混合物，也不可能是其中之一，由此其組成可能是Na₂SO₃和反應沒有完全消耗掉的NaOH，在蒸干過程中，亞硫酸鹽會被空氣中氧氣氧化為硫酸鹽，亞硫酸氫鹽會被氧化為硫酸氫鹽，所以所得晶體還可以是或是亞硫酸鈉、硫酸鈉的混合物；或是亞硫酸氫鈉、硫酸鈉的混合物；或是硫酸鈉、硫酸氫鈉的混合物，若晶體組成是Na₂SO₃和反應沒有完全消耗掉的NaOH此混合物中的氫氧化鈉質量為26.8-25.2=1.6g，其物質的量為0.04mol，如果是亞硫酸鈉、硫酸鈉的混合物，硫酸鈉是亞硫酸鈉的氧化產物，根據硫元素守恒以及晶體質量之和是26.8g，解得他們各自的物質的量均是0.1mol，同理可得，如果是硫酸鈉和亞硫酸氫鈉的混合物，物質的量分別是0.04mol、0.16mol，如果是硫酸鈉、硫酸氫鈉的混合物，物質的量分別是0.13mol、0.07mol，
故答案為：

n(Na2SO3)=0.20 mol  n(NaOH)=0.04 mol

          

n(Na2SO3)= 0.10 mol n(Na2SO4)= 0.10 mol

       

n(NaHSO3)=0.04 mol   n(Na2SO4)=0.16mol

         

n(Na2SO4)=0.13mol n(NaHSO4)=0.07 mol

．

點評：本題是一道關于元素以及化合物的計算題，多種解題思想：元素守恒、極限反應的靈活應用是解題的關鍵，難度大．