Question

2．黃銅礦是工業(yè)煉銅的主要原料，其主要成分為CuFeS₂，現(xiàn)有一種天然黃銅礦（含SiO₂），為了測定該黃銅礦的純度，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：

現(xiàn)稱取研細(xì)的黃銅礦樣品1.840g，在空氣存在下進(jìn)行煅燒，生成Cu、Fe₃O₄和SO₂氣體，實(shí)驗(yàn)后取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(jìn)行滴定，消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL．
請(qǐng)回答下列問題：
（1）稱量樣品所用的儀器為電子天平（填“托盤天平”或“電子天平”），將樣品研細(xì)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．
（2）裝置a和c的作用分別是bd和e（填標(biāo)號(hào)，可以多選）．
a．除去SO₂氣體         b．除去空氣中的水蒸氣          c．有利于氣體混合
d．有利于觀察空氣流速        e．除去反應(yīng)后多余的氧氣
（3）上述反應(yīng)結(jié)束后，仍需通一段時(shí)間的空氣，其目的是使反應(yīng)生成的SO₂全部進(jìn)入d裝置中，使結(jié)果精確．
（4）通過計(jì)算可知，該黃銅礦的純度為50%．
（5）若用如圖裝置替代上述實(shí)驗(yàn)裝置d，同樣可以達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖洽冢ㄌ钚蛱?hào)）．

（6）若將原裝置d中的試液改為Ba（OH）₂，測得的黃銅礦純度誤差為+1%，假設(shè)實(shí)驗(yàn)操作均正確，可能的原因主要有空氣中的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(shí)驗(yàn)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(jìn)而計(jì)算其純度．
（1）稱取研細(xì)的黃銅礦樣品1.840g，可知精確度0.001g，需要選擇電子天平，增大固體的表面積可以加快化學(xué)反應(yīng)速率；
（2）濃硫酸可以將水除去，還可以根據(jù)冒出氣泡的速率來調(diào)節(jié)空氣流速；灼熱的銅網(wǎng)可以除去多余的氧氣；
（3）二氧化硫全部被吸收是實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵；
（4）已知發(fā)生的反應(yīng)有8CuFeS₂+21O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Cu+4FeO+2Fe₂O₃+16SO₂，I₂+SO₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI，根據(jù)消耗的碘單質(zhì)的物質(zhì)的量求出CuFeS₂的物質(zhì)的量和質(zhì)量，再根據(jù)樣品的質(zhì)量求出質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（5）二氧化硫和單質(zhì)碘之間發(fā)生氧化還原反應(yīng)，根據(jù)消耗碘單質(zhì)的量可以確定二氧化硫的量，進(jìn)而確定黃銅礦的純度；
（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(shí)驗(yàn)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(jìn)而計(jì)算其純度．
（1）稱取研細(xì)的黃銅礦樣品1.840g，可知精確度0.001g，稱量樣品所用的儀器為電子天平，將樣品研細(xì)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，
故答案為：電子天平；增大接觸面積，使原料充分反應(yīng)、加快反應(yīng)速率；
（2）裝置a中的濃硫酸可易吸收空氣中的水蒸氣，同時(shí)根據(jù)冒出的氣泡的速率來控制氣體的通入量；灼熱的銅網(wǎng)可以除去多余的氧氣，
故答案為：bd；e；
（3）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(jìn)入d裝置中，使結(jié)果精確；
（4）已知發(fā)生的反應(yīng)有8CuFeS₂+21O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Cu+4FeO+2Fe₂O₃+16SO₂，I₂+SO₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI，
用0.05mol/L標(biāo)準(zhǔn)碘溶液進(jìn)行滴定，消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液20mL，即消耗的碘單質(zhì)的量為0.05mol/L×0.02L=0.0010mol，
根據(jù)反應(yīng)方程式得到：2I₂～2SO₂～CuFeS₂，所以黃銅礦的質(zhì)量是0.0010mol×$\frac{1}{2}$×184g/mol×10=0.92g，
所以其純度是：$\frac{0.92g}{1.84g}$×100%=50%，
故答案為：50%；
（5）用如圖3裝置替代上述實(shí)驗(yàn)裝置d，不能用③，原因是前面通入的空氣中也會(huì)占據(jù)一部分氣體體積，所以根據(jù)液面上升的高度可以確定生成的量，進(jìn)而根據(jù)元素守恒來確定黃銅礦的純度，
故答案為：②；
（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沉淀或BaSO₃被氧化成BaSO₄．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了探究黃銅礦的純度，涉及了實(shí)驗(yàn)原理的分析應(yīng)用、純度計(jì)算、實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)價(jià)等知識(shí)，題目難度中等，試題側(cè)重考查學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)的能力．