Question

3．銅的硫化物可用于冶煉金屬銅．為測定某試樣中Cu₂S、CuS的質量分數，進行如下實驗：
步驟1：在0.7500g試樣中加入100.00 mL 0.1200mol/mol KMnO₄的酸性溶液，加熱，硫元素全部轉化為SO₄^2-銅元素全部轉化為Cu²⁺，濾去不溶性雜質．
步驟2：收集步驟1所得濾液至250 mL容量瓶中，定容．取25.00 mL溶液，用0.1000mol/molFeSO₄溶液滴定至終點，消耗16.00 mL．
步驟3：在步驟2滴定所得溶液中滴加氨水至出現沉淀，然后加入適量NH₄HF₂溶液（使Fe、Mn元素不參與后續反應），加入約1gKI固體（過量），輕搖使之溶解并發生反應：2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂．用0.05000mol/molNa₂S₂O₃溶液滴定至終點（離子方程式為2S₂O₃^2-+I₂?2I^-+S₄O₆^2-），消耗14.00 mL．
已知：酸性條件下，MnO₄^-的還原產物為Mn²⁺．
（1）若步驟3加入氨水產生沉淀時，溶液的pH=2.0，則溶液中c（Fe³⁺）=2.6×10^-3mol•L^-1．
（已知室溫下Ksp[Fe（OH）₃]=2.6×10^-39）
（2）步驟3若未除去Fe³⁺，則測得的Cu²⁺的物質的量將偏高（填“偏高”“偏低”或“不變”）．
（3）計算試樣中Cu₂S和CuS的質量分數（寫出計算過程）．

Answer 1

分析 （1）溶液的pH=2.0，則c（OH^-）=10^-12mol/L，根據K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）計算；
（2）步驟3若未除去Fe³⁺，則加KI固體時，先發生2Fe³⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂，后發生2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂，反應消耗的碘離子的物質的量偏大；
（3）設Cu₂S和CuS的物質的最分別為x、y，根據2Cu²⁺～I₂～2S₂O₃^2-，利用原子守恒列式求出Cu₂S和CuS的物質的量、質量，再求出質量分數．

解答 解：（1）步驟3加入氨水產生沉淀時，溶液的pH=2.0，則c（OH^-）=10^-12mol/L，K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），則c（Fe³⁺）=$\frac{2.6×1{0}^{-39}}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=2.6×10^-3 mol•L^-1，
故答案為：2.6×10^-3mol•L^-1；
（2）步驟3若未除去Fe³⁺，則加KI固體時，先發生2Fe³⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂，后發生2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂，反應消耗的碘離子的物質的量偏大，所以求出的Cu²⁺的物質的量將偏高，
故答案為：偏高；
（3）設Cu₂S和CuS的物質的最分別為x、y，
根據關系式2Cu²⁺～I₂～2S₂O₃^2-可知：n（Cu²⁺）=n（S₂O₃^2-）=0.050 00 mol•L^-1×14.00×10^-3 L=7.000×10^-4 mol，
則：2x+y=7.000×10^-4 mol×$\frac{250mL}{25mL}$…①，
Cu₂S和CuS被高錳酸鉀氧化為CuSO₄，Cu、S元素失去電子的物質的量等于Mn元素得到電子的物質的量，
則10x+8y=0.120 0mol•L^-1×0.1L×5-0.100mol•L^-1×0.016L×$\frac{250mL}{25mL}$…②，
聯立方程式①②，
解得：x=2.000×10^-3mol、y=3.000×10^-3mol，
試樣中Cu₂S的質量分數為：w（Cu₂S）=$\frac{2.000×1{0}^{-3}mol×160g/mol}{0.7500g}$×100%=42.7%，
試樣中CuS的質量分數為：w（CuS）=$\frac{3.000×1{0}^{-3}mol×96g/mol}{0.7500g}$×100%=38.4%，
答：Cu₂S的質量分數為42.7%，CuS的質量分數為38.4%．

點評 本題考查了物質組成分析與化學綜合計算題，涉及氧化還原反應滴定、溶度積的計算等，難度中等，注意運用元素守恒進行推理計算，學習中緊緊抓住元素守恒、質量守恒、電荷守恒、極端分析等化學常用分析方法．