Question

4．硫化钠是用于皮革鞣制的重要化学试剂，可用无水芒硝（Na₂SO₄）与炭粉在高温下反应而制得，反应方程式如下：Na₂SO₄+4C→Na₂S+4CO   Na₂SO₄+4CO→Na₂S+4CO₂
（1）现有无水芒硝17.75g，若生成过程中无水芒硝的利用率为80%，则理论上可得到  Na₂S7.8g，最多生成标况下的CO8.96L．
（2）若在反应过程中生成的Na₂S 3mol，则消耗的碳单质的物质的量 n的范围是6mol≤n≤12mol，若生成等物质的量CO和CO₂，则消耗的碳的物质的量为8mol．
（3）Na₂S放置在空气中，会被缓慢氧化成Na₂SO₄ 及 Na₂SO₃，现称取已经部分氧化的硫化钠样品78.40g 溶于水中，加入足量盐酸，充分反应后过滤得沉淀19.20g，放出H₂S气体2.24L（标准状况）．请计算：78.40g样品中各氧化产物的物质的量（写出必要的计算过程）．

Answer 1

分析 （1）根据n=$\frac{m}{M}$计算无水芒硝的物质的量，根据硫元素守恒计算得到Na₂S的物质的量，再根据m=nM计算Na₂S的质量；
（2）若生成的气体为CO，消耗的碳的物质的量最多，若生成的气体为CO₂，消耗的碳的物质的量最少；若产生的气体最终只有CO₂，反应中C元素化合价由0价升高为+4价，根据电子转移守恒计算需要碳的物质的量；若生成等物质的量CO和CO₂，根据电子转移守恒计算CO和CO₂的物质的量，再根据碳原子守恒计算碳的物质的量；
（3）计算CO 和 CO₂各自的物质的量，再根据电子转移守恒列等式，确定x 与 y的关系；
（4）Na₂S与Na₂SO₃在酸性条件下发生反应：2Na₂S+Na₂SO₃+6HCl=NaCl+3S↓+3H₂O，故19.2g为硫的质量，放出H₂S气体2.24L，还发生反应2HCl+Na₂S=2NaCl+H₂S↑，根据n=$\frac{m}{M}$计算S的物质的量，进而计算生成S的反应中参加反应的Na₂S、Na₂SO₃各自的物质的量，根据n=$\frac{V}{Vm}$计算H₂S的物质的量，进而计算与盐酸反应生成H₂S气体需要Na₂SO₃的物质的量，再根据m=nM计算样品中Na₂S、Na₂SO₃各自的质量，继而计算Na₂SO₄的质量，根据n=$\frac{m}{M}$计算Na₂SO₄的物质的量．

解答 解：（1）无水芒硝17.75g的物质的量=$\frac{17.75g}{142g/mol}$=0.125mol，若生成过程中无水芒硝的利用率为80%，根据硫元素守恒可知，则理论上可得到 Na₂S的质量是0.125mol×80%×78g/molg/mol=7.8g，根据反应方程式：Na₂SO₄+4C=Na₂S+4CO，最多生成一氧化碳物质的量是0.125mol×80%×4=0.4mol，体积是8.96L，故答案为：7.8，8.96；
（2）若生成的气体为CO，消耗的碳的物质的量最多，由Na₂SO₄+4C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂S+4CO↑可知，生成3molNa₂S需要碳的物质的量为3mol×4=12mol，若生成的气体为CO₂，消耗的碳的物质的量最少，根据电子转移守恒可知，生成3molNa₂S需要碳的物质的量为6mol，故消耗的碳单质的物质的量 n的范围是6mol≤n≤12mol；
若产生的气体最终只有CO₂，反应中C元素化合价由0价升高为+4价，根据电子转移守恒可知，生成3molNa₂S需要碳的物质的量为$\frac{3mol[6-（-2）]}{4}$=6mol；
若生成等物质的量CO和CO₂，令各自物质的量为ymol，根据电子注意守恒，则2y+4y=3×[6-（-2）]，解得y=4，根据碳原子守恒可知，需要碳的物质的量为4mol+4mol=8mol，
故答案为：6；12；8；
（3）19.2g为硫的物质的量是0.6mol，由方程式：2Na₂S+Na₂SO₃+6HCl=NaCl+3S↓+3H₂O可知，参加该反应的Na₂S为0.6mol×$\frac{2}{3}$=0.4mol，Na₂SO₃的物质的量为0.6mol×$\frac{1}{3}$=0.2mol，2.24LH₂S气体的物质的量为$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，根据反应2HCl+Na₂S=2NaCl+H₂S↑可知，参加该反应的Na₂S的物质的量为0.1mol，故样品中Na₂SO₄的质量为78.40g-0.2mol×126g/mol-（0.4mol+0.1mol）×78g/mol=14.2g，故Na₂SO₄的物质的量为$\frac{14.2g}{142g/mol}$=0.1mol，
故78.40g样品中氧化产物：Na₂SO₃为0.2mol，Na₂SO₄为0.1mol，
答：78.40g样品中氧化产物：Na₂SO₃为0.2mol，Na₂SO₄为0.1mol．

点评 本题考查混合物的有关计算，注意利用极限法与守恒法进行的计算，是对学生综合能力的考查，难度中等．