Question

5．工業上為了測定輝銅礦（主要成分是Cu₂S）中Cu₂S的質量分數，設計了如圖所示裝置．實驗時按如下步驟操作：

實驗原理是：Cu₂S+O₂=SO₂+2Cu，通過測定SO₂的量來確定Cu₂S的質量分數．
A．連接全部儀器，使其成為如圖裝置，并檢查裝置的氣密性．
B．稱取研細的輝銅礦樣品1.000g．
C．將稱量好的樣品小心地放入硬質玻璃管中．
D．以每分鐘1L的速率鼓入空氣．
E．將硬質玻璃管中的輝銅礦樣品加熱到一定溫度，發生反應為：Cu₂S+O₂=SO₂+2Cu．
F．移取25.00ml含SO₂的水溶液于250ml錐形瓶中，用0.0100mol/L KMnO₄標準溶液滴定至終點．按上述操作方法重復滴定2-3次．
試回答下列問題：
（1）裝置①的作用是除去空氣中的還原性氣體與酸性氣體；裝置②的作用是干燥空氣．
（2）假定輝銅礦中的硫全部轉化為SO₂，并且全部被水吸收，則操作F中所發生反應的離子方程式為2MnO₄^-+5H₂SO₃=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺+3H₂O或2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺．
（3）若操作F的滴定結果如下表所示，則輝銅礦樣品中Cu₂S的質量分數是80%．

滴定次數	待測溶液的體積/mL	標準溶液的體積
		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）本方案設計中有一個明顯的缺陷影響了測定結果（不屬于操作失誤），你認為是在KMnO₄滴定前，未反應完的O₂與空氣中的O₂也可將H₂SO₃氧化，造成測定結果偏低（寫一種即可）．
（5）某人設想以如圖所示裝置用電化學原理生產硫酸，寫出通入SO₂的電極的電極反應式SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺．

Answer 1

分析 實驗原理是Cu₂S+O₂=SO₂+2Cu反應產生的二氧化硫被水吸收，用高錳酸鉀來滴定，通過消耗高錳酸鉀的量來計算Cu₂S的質量，進而計算Cu₂S的質量分數．
（1）裝置①中是高錳酸鉀溶液與氫氧化鉀溶液的混合溶液，目的是為了吸收空氣中可能含有的二氧化硫氣體；裝置②干燥管中的氯化鈣是干燥氣體的作用；
（2）高錳酸鉀具有氧化性，可以氧化亞硫酸為硫酸，錳被還原為錳離子，據此寫出反應方程式；
（3）依據反應Cu₂S+O₂=SO₂+2Cu、2KMnO₄+5H₂SO₃=2MnSO₄+K₂SO₄+2H₂SO₄+3H₂O；
依據反應定量關系計算；5Cu₂S～5SO₂～5H₂SO₃～2KMnO₄；
（4）二氧化硫具有還原性，空氣中氧氣也可把二氧化硫氧化；
（5）該裝置是原電池，負極上的二氧化硫失電子發生氧化反應．

解答 解：（1）裝置①中溶液是高錳酸鉀溶液與氫氧化鉀溶液的混合溶液，目的是為了吸收空氣中可能含有的二氧化硫氣體，避免對測定結果產生誤差；裝置②干燥管中的氯化鈣是除去混有的水蒸汽，干燥氣體的作用，
故答案為：除去空氣中可能含有的SO₂等氣體；干燥氣體；
（2）高錳酸鉀具有氧化性，可以氧化亞硫酸為硫酸，高錳酸鉀被還原為硫酸錳，反應的方程式為：2KMnO₄+5H₂SO₃=2MnSO₄+K₂SO₄+2H₂SO₄+3H₂O，
故答案為：2KMnO₄+5H₂SO₃=2MnSO₄+K₂SO₄+2H₂SO₄+3H₂O；
（3）若稱得礦樣的質量為1.000g，第3組數據誤差太大，舍去，前兩組消耗高錳酸鉀溶液的平均體積為：
$\frac{（21.03-1.04）+（21.99-1.98）}{2}$mL=20.00mL，濃度為0.0100mol/L，高錳酸鉀的物質的量=0.0100mol•L^-1×0.0200L=2.000×10^-4mol；依據反應定量關系計算；
   5Cu₂S～5SO₂～5H₂SO₃～2KMnO₄
     5                 2
     n              2.000×10^-4mol   
n=5×10^-4mol   
則輝銅礦樣品中Cu₂S的質量分數是=$\frac{5×1{0}^{-4}mol×160g/mol×\frac{250mL}{25mL}}{1.000g}$×100%=80%，
故答案為：80%．
（4）二氧化硫具有還原性，空氣中氧氣沒有除去，會把二氧化硫部分氧化，則和高錳酸鉀反應的二氧化硫減少，造成結果偏低，
故答案為：在KMnO₄滴定前，未反應完的O₂與空氣中的O₂也可將H₂SO₃氧化，造成測定結果偏低；
（5）負極上，二氧化硫失電子和水反應生成硫酸，電極反應式為：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺．

點評 本題考查了物質性質的探究實驗設計和過程分析判斷，滴定計算及誤差分析、沉淀溶解平衡的計算、原電池原理等，明確反應原理和物質性質是解題關鍵，題目難度中等，試題培養了學生的分析、理解能力及化學實驗能力．