Question

9．黃銅礦（主要成分為CuFeS₂，化學式的式量為184，S的化合價為-2價）是工業煉銅的主要原料，現有一種天然黃銅礦（含SiO₂），為了測定該黃銅礦的純度，設計了如下實驗：

現稱取研細的黃銅礦樣品1.84g，在空氣存在下進行煅燒，發生如下反應：3CuFeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 3Cu+Fe₃O₄+6SO₂，實驗后取d中溶液的置于錐形瓶中（假設生成的氣體全部進入d并全部被水吸收），用0.0500mol/L標準碘溶液進行滴定，消耗標準溶液20.00mL．請回答下列問題：
（1）反應中氧化產物是Fe₃O₄；SO₂．
（2）實驗中需要將固體樣品研細，研磨中需要的儀器是研缽；裝置c的作用是除去反應多余的氧氣．
（3）用標準碘溶液滴定d中溶液的離子方程式是I₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2I^-，滴定達終點時的現象是溶液由無色變為藍色且保持30s不變．
（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）通過計算可知，該黃銅礦的純度為50%．
（6）若將原裝置d中的試液換為Ba（OH）₂溶液，測得黃銅礦純度偏高，假設實驗操作均正確，可能的原因主要是空氣中的CO₂與Ba（OH）₂反應生成BaCO₃沉淀，BaSO₃被氧化成BaSO₄．

Answer 1

分析 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）依據化學方程式中元素化合價變化分析，元素化合價升高的得到氧化產物，
（2）研磨固體要在研缽中進行，裝置c中灼熱的銅網能與空氣中的氧氣反應，吸收未反應的氧氣；
（3）d中溶液中溶解有二氧化硫，用標準碘溶液滴定d中溶液，碘與二氧化硫反應生成硫酸根離子和碘離子；用淀粉作指示劑時，滴定達終點時溶液出現藍色；
（4）為了使生成的二氧化硫被充分吸收，結束后仍需通一段時間的空氣；
（5）二氧化硫和單質碘之間發生氧化還原反應，根據消耗碘單質的量可以確定二氧化硫的量，進而確定黃銅礦的純度；
（6）二氧化碳和二氧化硫均可以和氫氧化鋇反應生成白色沉淀，亞硫酸鋇易被氧化為硫酸鋇，據此分析；

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）根據反應3CuFeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 3Cu+Fe₃O₄+6SO₂，反應鐵元素從+2價變為+3價，硫從-2價變為+4價，所以反應中氧化產物為Fe₃O₄、SO₂，
故答案為：Fe₃O₄、SO₂；
（2）研磨固體要在研缽中進行，裝置c中灼熱的銅網能與空氣中的氧氣反應，吸收未反應的氧氣，
故答案為：研缽；除去反應多余的氧氣；
（3）d中溶液中溶解有二氧化硫，用標準碘溶液滴定d中溶液，碘與二氧化硫反應生成硫酸根離子和碘離子，反應的離子方程式為I₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2I^-，用淀粉作指示劑時，滴定達終點時溶液由無色變為藍色且保持30s不變，
故答案為：I₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2I^-；溶液由無色變為藍色且保持30s不變；
（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）根據反應實質，得到：2I₂～2SO₂～CuFeS₂，消耗掉0.05mol/L標準碘溶液20.00mL時，即消耗的碘單質的量為：0.05mol/L×0.02L=0.0010mol，所以黃銅礦的質量是：0.5×0.0010mol×184g/mol×10=0.92g，所以其純度是：$\frac{0.92g}{1.84g}$×100%=50%，故答案為：50%；
（6）空氣中的CO₂與Ba（OH）₂反應可以生成BaCO₃沉淀，此外BaSO₃被氧化成BaSO₄均可以導致所以的沉淀的量比二氧化硫和氫氧化鋇反應生成的白色沉淀的量多，
故答案為：空氣中的CO₂與Ba（OH）₂反應生成BaCO₃沉淀，BaSO₃被氧化成BaSO₄．

點評 本題考查了探究黃銅礦的純度，涉及了儀器選擇、純度計算等知識，題量較大，充分考查了學生分析和解決問題的能力，本題難度較大．