Question

13．現有一種天然黃銅礦（主要成分為CuFeS₂，含少量脈石），為了測定該黃銅礦的純度，某同學設計了如圖1的實驗：

現稱取研細的黃銅礦樣品1.0g，在空氣存在下進行煅燒，生成Cu、Fe₃O₄和SO₂氣體，實驗后取D中溶液的$\frac{1}{10}$置于錐形瓶中，用0.10mol/LNa₂S₂O₃標準溶液進行滴定，用去20.00mL．已知化學方程式：I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆．請回答下列問題：
（1）將黃銅礦研細所用儀器是研缽，稱量樣品所用的儀器為托盤天平．
（2）裝置A的作用是bd（填序號）．
a．有利于空氣中氧氣充分反應b．除去空氣中的水蒸氣c．有利于氣體混合d．有利于觀察空氣流速
（3）寫出裝置B中發生反應的化學方程式3CuFeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$3Cu+Fe₃O₄+6SO₂；裝置D中發生反應的離子方程式I₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2I^-．
（4）上述反應結束后，仍需通一段時間的空氣，其目的是使反應生成的SO₂全部進入d裝置中，使結果精確．
（5）判斷滴定已達終點的現象是溶液由藍色變化為無色且半分鐘不變，證明反應達到終點．
（6）通過計算可知該黃銅礦的純度為92%．
（7）若用圖2裝置替代上述實驗裝置D，同樣可以準確測定黃銅礦純度的是②（填序號）．

Answer 1

分析 （1）增大固體的表面積可以加快化學反應速率，研磨儀器需要研缽，稱量黃銅礦樣品1.0g，依據精確度可知選擇托盤天平；
（2）濃硫酸可以將水除去，還可以根據冒出氣泡的速率來調節空氣流速；
（3）裝置B中是天然黃銅礦（主要成分為CuFeS₂，含少量脈石），在空氣存在下進行煅燒，生成Cu、Fe₃O₄和SO₂氣體，裝置D中是吸收生成的二氧化硫氣體，碘單質和二氧化硫反應生成碘化氫和硫酸；
（4）二氧化硫全部被吸收是實驗成敗的關鍵；
（5）用0.10mol/LNa₂S₂O₃標準溶液進行滴定，用去20.00mL．已知化學方程式：I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆，選取淀粉作指示劑，滴入最后一滴溶液由藍色變化為無色且半分鐘不變，證明反應達到終點；
（6）根據滴定過程分析，用0.10mol/LNa₂S₂O₃標準溶液進行滴定，用去20.00mL．已知化學方程式：I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆，計算剩余碘單質，得到生成二氧化硫物質的量，利用硫元素物質的量守恒計算CuFeS₂質量，得到質量分數；
（7）裝置D的作用是吸收前邊實驗產生的二氧化硫，根據實驗目的以及儀器的作用來回答；

解答 解：該實驗原理是：根據黃銅礦受熱分解產生的二氧化硫的量的測定（二氧化硫可以用碘水來標定），結合元素守恒可以確定黃銅礦的量，進而計算其純度．
（1）將樣品在研缽中研細后再反應，即增大固體的表面積，目的是使原料充分反應、加快反應速率，稱量黃銅礦樣品1.0g，依據精確度可知選擇托盤天平，
故答案為：研缽；托盤天平；
（2）裝置A中的濃硫酸可易吸收空氣中的水蒸氣，同時根據冒出的氣泡的速率來控制氣體的通入量，故答案為：bd；
（3）裝置B中是天然黃銅礦（主要成分為CuFeS₂，含少量脈石），在空氣存在下進行煅燒，生成Cu、Fe₃O₄和SO₂氣體，反應的化學方程式為3CuFeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$3Cu+Fe₃O₄+6SO₂，裝置D中是吸收生成的二氧化硫氣體，碘單質和二氧化硫反應生成碘化氫和硫酸，反應的離子方程式為I₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2I^-，
故答案為：3CuFeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$3Cu+Fe₃O₄+6SO₂；I₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2I^-；
（4）黃銅礦受熱分解生成二氧化硫等一系列產物，分解完畢后仍然通入空氣，可以將產生的二氧化硫全部排出去，使結果精確，
故答案為：使反應生成的SO₂全部進入d裝置中，使結果精確；
（5）用0.10mol/LNa₂S₂O₃標準溶液進行滴定，用去20.00mL．已知化學方程式：I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆，選取淀粉作指示劑，滴入最后一滴溶液由藍色變化為無色且半分鐘不變，證明反應達到終點；
故答案為：溶液由藍色變化為無色且半分鐘不變，證明反應達到終點；
（6）根據滴定過程分析，實驗后取D中溶液的$\frac{1}{10}$置于錐形瓶中，用0.10mol/LNa₂S₂O₃標準溶液進行滴定，用去20.00mL．已知化學方程式：I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆，計算剩余碘單質物質的量n（I₂）=$\frac{1}{2}$×0.10mol/L×0.0200L×10=0.01mol，與二氧化硫反應的碘單質物質的量=0.1mol/L×0.2L-0.01mol=0.01mol，I₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2I^-，得到生成二氧化硫物質的量為0.01mol，利用硫元素物質的量守恒，得到：2SO₂～CuFeS₂，所以黃銅礦的質量是：0.5×0.010mol×184g/mol×10=0.92g，所以其純度是：$\frac{0.92g}{1.0g}$×100%=92%，故答案為：92%；
（7）用如圖2裝置替代上述實驗裝置d，因為硝酸鋇溶液會和二氧化硫發生反應，所以根據產生沉淀的量計算二氧化硫生成的量，進而根據元素守恒來確定黃銅礦的純度，故選②，
故答案為：②．

點評 本題考查了物質組成和含量的實驗測定方法和計算分析應用，主要考查學生分析和解決問題的能力，掌握滴定實驗的計算和實驗基本操作是解題關鍵，題目難度較大．