Question

工业上为了测定辉铜矿（主要成分是Cu₂S）中Cu₂S的质量分数，设计了如图装置．实验时按如下步骤操作：

A．连接全部仪器，使其成为如图装置，并检查装置的气密性．
B．称取研细的辉铜矿样品1.000g．
C．将称量好的样品小心地放入硬质玻璃管中．
D．以每分钟1L的速率鼓入空气．
E．将硬质玻璃管中的辉铜矿样品加热到一定温度，发生反应为：Cu₂S+O₂=SO₂+2Cu．
F．移取25.00mL含SO₂的水溶液于250ml锥形瓶中，用0.0100mol/L KMnO₄标准溶液滴定至终点．按上述操作方法重复滴定2-3次．
试回答下列问题：
（1）装置①的作用是

 

；装置②的作用是

 

．
（2）假定辉铜矿中的硫全部转化为SO₂，并且全部被水吸收，则操作F中所发生反应的化学方程式为

 

，当产生

 

的现象时可判断滴定已经达到终点．
（3）若操作F的滴定结果如下表所示，则辉铜矿样品中Cu₂S的质量分数是

 

．

滴定 次数	待测溶液的 体积/mL	标准溶液的体积
		滴定前刻度/mL	滴定后刻度/mL
1	25.00	1.04	21.03
2	25.00	1.98	21.99
3	25.00	3.20	21.24

（4）本方案设计中由一个明显的缺陷影响了测定结果（不属于操作失误），你认为是

 

（写一种既可）．
（5）已知在常温下FeS的 Ksp=6.25×10^-18，H₂S饱和溶液中c（H⁺）与c（S^2-）之间存在如下关系：c²（H⁺）?（S^2-）=1.0×10^-22．在该温度下，将适量FeS投入硫化氢饱和溶液中，欲使溶液中（Fe²⁺）为1mol/L，应调节溶液的c（H^十）为

 

．

Answer 1

考点：探究物质的组成或测量物质的含量

专题：实验探究和数据处理题

分析：根据实验原理，利用装置制得辉铜矿样品加热生成的二氧化硫气体的水溶液，再根据高锰酸钾氧化二氧化硫的水溶液，采用滴定的方法根据消耗的高锰酸钾的量计算二氧化硫的量，再进一步转化成Cu₂S的质量，从而计算其质量分数；据此分析解答；
（1）根据原理空气中不能含有还原性和酸性气体，所以应除去；
（2）利用二氧化硫的水溶液亚硫酸具有还原性与高锰酸钾发生氧化还原反应生成硫酸锰、硫酸钾、硫酸和水，结合得失电子守恒书写方程式；根据高锰酸钾滴定亚硫酸溶液，当滴入最后一滴标准KMnO₄溶液后，溶液由无色变为淡紫色，并在半分钟内不褪色即为终点；
（3）高锰酸钾三次的次的用量分别为：19.99 mL、20.01 mL、18.04 mL，第三组数据有明显的误差，可以舍去不用，前两次的平均值为：20.00mL
根据反应方程式得，2KMnO₄～5H₂SO₃～5 SO₂～5Cu₂S
                   2                     5
                  0.0100mol/L×20.00mL    X
解之得：X=5×10^-4 mol，那么辉铜矿样品中Cu₂S的质量分数是：w（Cu₂S）=

5×10 -4×96× 250 25

1.000

×100%=80%；
（4）因为二氧化硫溶液敞口放置，很容易被氧化而产生误差；
（5）Ksp（FeS）=c（Fe²⁺）?c（S^2-）=6.25×10^-18 
当溶液中（Fe²⁺）为1 mol/L时，c（S^2-）=6.25×10^-18  mol/L，又c²（H⁺）?（S^2-）=1.0×10^-22，
则应调节溶液的c（H^十）为：c²（H⁺）=

1.0×10 -22

6.25×10 -18

=0.16×10^-4，所以c （H⁺）=4×10^-3mol/L．

解答： 解：根据实验原理，利用装置制得辉铜矿样品加热生成的二氧化硫气体的水溶液，再根据高锰酸钾氧化二氧化硫的水溶液，采用滴定的方法根据消耗的高锰酸钾的量计算二氧化硫的量，再进一步转化成Cu₂S的质量，从而计算其质量分数；
（1）根据以上分析空气中不能含有还原性和酸性气体，所以应除去，则装置①的作用是：除去空气中的还原性气体与酸性气体；装置②的作用是：干燥空气；
故答案为：除去空气中的还原性气体与酸性气体；干燥空气；
（2）利用二氧化硫的水溶液亚硫酸具有还原性与高锰酸钾发生氧化还原反应生成硫酸锰、硫酸钾、硫酸和水，则方程式为2KMnO₄+5H₂SO₃=2MnSO₄+K₂SO₄+2H₂SO₄+3H₂O；根据高锰酸钾滴定亚硫酸溶液，当滴入最后一滴标准KMnO₄溶液后，溶液由无色变为淡紫色，并在半分钟内不褪色即为终点；
故答案为：2KMnO₄+5H₂SO₃=2MnSO₄+K₂SO₄+2H₂SO₄+3H₂O；滴入最后一滴标准KMnO₄溶液后，溶液由无色变为淡紫色，并在半分钟内不褪色；
（3）高锰酸钾三次的次的用量分别为：19.99 mL、20.01 mL、18.04 mL，第三组数据有明显的误差，可以舍去不用，前两次的平均值为：20.00mL
根据反应方程式得，2KMnO₄～5H₂SO₃～5 SO₂～5Cu₂S
                   2                     5
                  0.0100mol/L×20.00mL    X
解之得：X=5×10^-4 mol，那么辉铜矿样品中Cu₂S的质量分数是：w（Cu₂S）=

5×10 -4×96× 250 25

1.000

×100%=80%；故答案为：80%；
（4）因为二氧化硫溶液敞口放置，很容易被氧化而产生误差；故答案为：在KMnO₄滴定前，未反应完的O₂与空气中的O₂也可将H₂SO₃氧化，造成测定结果偏低；  
（5）Ksp（FeS）=c（Fe²⁺）?c（S^2-）=6.25×10 ^-18 
当溶液中（Fe²⁺）为1 mol/L时，c（S^2-）=6.25×10 ^-18  mol/L，又c²（H⁺）?（S^2-）=1.0×10^-22，
则应调节溶液的c（H^十）为：c²（H⁺）=

1.0×10 -22

6.25×10 -18

=0.16×10^-4，所以c （H⁺）=4×10^-3mol/L；
故答案为：4×10^-3mol/L．

点评：本题考查了辉铜矿（主要成分是Cu₂S）中Cu₂S的质量分数的测定，涉及的知识点比较多，可以根据信息及所学知识，合理分析得出正确结论，本题难度中等．