Question

5．铜的硫化物可用于冶炼金属铜．为测定某试样中Cu₂S、CuS的质量分数，进行如下实验：
步骤1：在0.750 0g试样中加入100.00mL 0.120 0mol•L^-1 KMnO₄的酸性溶液，加热，硫元素全部转化为SO${{O}_{4}}^{2-}$，铜元素全部转化为Cu²⁺，滤去不溶性杂质．
步骤2：收集步骤1所得滤液至250mL容量瓶中，定容．取25.00mL溶液，用0.100 0mol•L^-1FeSO₄溶液滴定至终点，消耗16.00mL．
步骤3：在步骤2滴定所得溶液中滴加氨水至出现沉淀，然后加入适量NH₄HF₂溶液（使Fe、Mn元素不参与后续反应），加入约1g KI固体（过量），轻摇使之溶解并发生反应：2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂．用0.050 00mol•L^-1 Na₂S₂O₃溶液滴定至终点（离子方程式为2S₂${{O}_{3}}^{2-}$+I₂═2I^-+S₄${{O}_{6}}^{2-}$），消耗14.00mL．
已知：酸性条件下，Mn${{O}_{4}}^{-}$的还原产物为Mn²⁺．
（1）若步骤3加入氨水产生沉淀时，溶液的pH=2.0，则溶液中c（Fe³⁺）=2.6×10^-3 mol•L^-1．（已知室温下K_sp[Fe（OH）₃]=2.6×10^-39）
（2）步骤3若未除去Fe³⁺，则测得的Cu²⁺的物质的量将偏高（填“偏高”“偏低”或“不变”）．
（3）计算试样中Cu₂S和CuS的质量分数（写出计算过程）．

Answer 1

分析 （1）溶液的pH=2.0，则c（OH^-）=10^-12mol/L，根据K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）计算；
（2）步骤3若未除去Fe³⁺，则加KI固体时，先发生2Fe³⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂，后发生2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂，反应消耗的碘离子的物质的量偏大；
（3）设Cu₂S和CuS的物质的最分别为x、y，根据2Cu²⁺～I₂～2S₂${{O}_{3}}^{2-}$，利用原子守恒列式求出Cu₂S和CuS的物质的量、质量，再求出质量分数．

解答 解：（1）步骤3加入氨水产生沉淀时，溶液的pH=2.0，则c（OH^-）=10^-12mol/L，K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），则c（Fe³⁺）=$\frac{Ksp}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{2.6×1{0}^{-39}}{（1{0}^{-12}）^{3}}$=2.6×10^-3 mol•L^-1；
故答案为：2.6×10^-3 mol•L^-1；
（2）步骤3若未除去Fe³⁺，则加KI固体时，先发生2Fe³⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂，后发生2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂，反应消耗的碘离子的物质的量偏大，所以求出的Cu²⁺的物质的量将偏高；
故答案为：偏高；
（3）设Cu₂S和CuS的物质的最分别为x、y；
2Cu²⁺～I₂～2S₂${{O}_{3}}^{2-}$
n（Cu²⁺）=n（S₂${{O}_{3}}^{2-}$）=0.050 00 mol•L^-1×14.00×10^-3 L=7.000×10^-4 mol，
则2x+y=7.000×10^-4 mol×$\frac{250mL}{25mL}$…①，
Cu₂S和CuS被高锰酸钾氧化为CuSO₄，Cu、S元素失去电子的物质的量等于Mn元素得到电子的物质的量，
则10x+8y=0.120 0mol•L^-1×0.1L×5-0.100mol•L^-1×0.016L×$\frac{250mL}{25mL}$…②，
联立方程式①②，
解得：x=2.000×10^-3 mol，y=3.000×10^-3 mol，
w（Cu₂S）=$\frac{2.000×1{0}^{-3}mol×160g/mol}{0.7500g}$×100%=42.7%，
w（CuS）=$\frac{3.000×1{0}^{-3}mol×96g/mol}{0.7500g}$×100%=38.4%，
答：Cu₂S的质量分数为42.7%，CuS的质量分数为38.4%．

点评 本题考查了物质组成分析与化学综合计算题，涉及氧化还原反应滴定、溶度积的计算等，难度中等，注意运用元素守恒进行推理计算，学习中紧紧抓住元素守恒、质量守恒、电荷守恒、极端分析等化学常用分析方法．