Question

13．现有一种天然黄铜矿（主要成分为CuFeS₂，含少量脉石），为了测定该黄铜矿的纯度，某同学设计了如图1的实验：

现称取研细的黄铜矿样品1.0g，在空气存在下进行煅烧，生成Cu、Fe₃O₄和SO₂气体，实验后取D中溶液的$\frac{1}{10}$置于锥形瓶中，用0.10mol/LNa₂S₂O₃标准溶液进行滴定，用去20.00mL．已知化学方程式：I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆．请回答下列问题：
（1）将黄铜矿研细所用仪器是研钵，称量样品所用的仪器为托盘天平．
（2）装置A的作用是bd（填序号）．
a．有利于空气中氧气充分反应b．除去空气中的水蒸气c．有利于气体混合d．有利于观察空气流速
（3）写出装置B中发生反应的化学方程式3CuFeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$3Cu+Fe₃O₄+6SO₂；装置D中发生反应的离子方程式I₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2I^-．
（4）上述反应结束后，仍需通一段时间的空气，其目的是使反应生成的SO₂全部进入d装置中，使结果精确．
（5）判断滴定已达终点的现象是溶液由蓝色变化为无色且半分钟不变，证明反应达到终点．
（6）通过计算可知该黄铜矿的纯度为92%．
（7）若用图2装置替代上述实验装置D，同样可以准确测定黄铜矿纯度的是②（填序号）．

Answer 1

分析 （1）增大固体的表面积可以加快化学反应速率，研磨仪器需要研钵，称量黄铜矿样品1.0g，依据精确度可知选择托盘天平；
（2）浓硫酸可以将水除去，还可以根据冒出气泡的速率来调节空气流速；
（3）装置B中是天然黄铜矿（主要成分为CuFeS₂，含少量脉石），在空气存在下进行煅烧，生成Cu、Fe₃O₄和SO₂气体，装置D中是吸收生成的二氧化硫气体，碘单质和二氧化硫反应生成碘化氢和硫酸；
（4）二氧化硫全部被吸收是实验成败的关键；
（5）用0.10mol/LNa₂S₂O₃标准溶液进行滴定，用去20.00mL．已知化学方程式：I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆，选取淀粉作指示剂，滴入最后一滴溶液由蓝色变化为无色且半分钟不变，证明反应达到终点；
（6）根据滴定过程分析，用0.10mol/LNa₂S₂O₃标准溶液进行滴定，用去20.00mL．已知化学方程式：I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆，计算剩余碘单质，得到生成二氧化硫物质的量，利用硫元素物质的量守恒计算CuFeS₂质量，得到质量分数；
（7）装置D的作用是吸收前边实验产生的二氧化硫，根据实验目的以及仪器的作用来回答；

解答 解：该实验原理是：根据黄铜矿受热分解产生的二氧化硫的量的测定（二氧化硫可以用碘水来标定），结合元素守恒可以确定黄铜矿的量，进而计算其纯度．
（1）将样品在研钵中研细后再反应，即增大固体的表面积，目的是使原料充分反应、加快反应速率，称量黄铜矿样品1.0g，依据精确度可知选择托盘天平，
故答案为：研钵；托盘天平；
（2）装置A中的浓硫酸可易吸收空气中的水蒸气，同时根据冒出的气泡的速率来控制气体的通入量，故答案为：bd；
（3）装置B中是天然黄铜矿（主要成分为CuFeS₂，含少量脉石），在空气存在下进行煅烧，生成Cu、Fe₃O₄和SO₂气体，反应的化学方程式为3CuFeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$3Cu+Fe₃O₄+6SO₂，装置D中是吸收生成的二氧化硫气体，碘单质和二氧化硫反应生成碘化氢和硫酸，反应的离子方程式为I₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2I^-，
故答案为：3CuFeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$3Cu+Fe₃O₄+6SO₂；I₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2I^-；
（4）黄铜矿受热分解生成二氧化硫等一系列产物，分解完毕后仍然通入空气，可以将产生的二氧化硫全部排出去，使结果精确，
故答案为：使反应生成的SO₂全部进入d装置中，使结果精确；
（5）用0.10mol/LNa₂S₂O₃标准溶液进行滴定，用去20.00mL．已知化学方程式：I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆，选取淀粉作指示剂，滴入最后一滴溶液由蓝色变化为无色且半分钟不变，证明反应达到终点；
故答案为：溶液由蓝色变化为无色且半分钟不变，证明反应达到终点；
（6）根据滴定过程分析，实验后取D中溶液的$\frac{1}{10}$置于锥形瓶中，用0.10mol/LNa₂S₂O₃标准溶液进行滴定，用去20.00mL．已知化学方程式：I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆，计算剩余碘单质物质的量n（I₂）=$\frac{1}{2}$×0.10mol/L×0.0200L×10=0.01mol，与二氧化硫反应的碘单质物质的量=0.1mol/L×0.2L-0.01mol=0.01mol，I₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2I^-，得到生成二氧化硫物质的量为0.01mol，利用硫元素物质的量守恒，得到：2SO₂～CuFeS₂，所以黄铜矿的质量是：0.5×0.010mol×184g/mol×10=0.92g，所以其纯度是：$\frac{0.92g}{1.0g}$×100%=92%，故答案为：92%；
（7）用如图2装置替代上述实验装置d，因为硝酸钡溶液会和二氧化硫发生反应，所以根据产生沉淀的量计算二氧化硫生成的量，进而根据元素守恒来确定黄铜矿的纯度，故选②，
故答案为：②．

点评 本题考查了物质组成和含量的实验测定方法和计算分析应用，主要考查学生分析和解决问题的能力，掌握滴定实验的计算和实验基本操作是解题关键，题目难度较大．