Question

20．黃鐵礦（主要成分為CuFeS₂，S為-2價）是工業(yè)聯(lián)通的主要原料，現(xiàn)有一種天然黃鐵礦（含SiO₂）為了測定該黃鐵礦的純度，設計了如下實驗：

現(xiàn)稱取研細的黃鐵礦樣品1.84g，在空氣存在下進行煅燒，發(fā)生如下反應：3CuFeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Cu+Fe₃O₄+6SO₂
試驗后d中溶液的$\frac{1}{10}$置于錐形瓶中，用0.0500mol/L標準碘溶液進行滴定，消耗標準溶液20.00mL，請回答下列問題：
（1）3CuFeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Cu+Fe₃O₄+6SO₂中氧化產(chǎn)物是Fe₃O₄、SO₂ ，當生成0.3molSO₂氣體時，轉(zhuǎn)移電子1.9mol
（2）將樣品研細后再反應，其目的是增大接觸面積，使原料充分反應、加快反應速率，裝置C的作用是除去多余的氧氣
（3）用標準碘溶液滴定d中溶液的離子方程式是SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-，滴定達中點時的現(xiàn)象是錐形瓶中的溶液由無色變?yōu)樗{色且半分鐘不褪色
（4）上述反應結(jié)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(jié)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(jù)黃銅礦受熱分解產(chǎn)生的二氧化硫的量的測定（二氧化硫可以用碘水來標定），結(jié)合元素守恒可以確定黃銅礦的量，進而計算其純度．
（1）CuFeS₂，S為-2價元素Cu元素化合價+2價，F(xiàn)e元素化合價為+2價，反應后銅元素化合價降低，鐵元素化合價升高，硫元素化合價升高，氧元素化合價降低，氧化產(chǎn)物是元素化合價升高的被氧化得到氧化產(chǎn)物，依據(jù)電子守恒計算電子轉(zhuǎn)移總數(shù)；
（2）根據(jù)樣品稱量的精確度來分析；增大固體的表面積可以加快化學反應速濃硫酸可以將水除去，灼熱的銅網(wǎng)可以除去多余的氧氣；
（3）用標準碘溶液滴定d中溶液的反應是二氧化硫被溴單質(zhì)氧化生成硫酸和氫溴酸，根據(jù)反應結(jié)束時的顏色變化判斷滴定終點，當達到滴定終點時，二氧化硫已經(jīng)被碘單質(zhì)消耗完畢，再滴入一滴碘單質(zhì)，遇到淀粉會變藍；
（4）二氧化硫全部被吸收是實驗成敗的關(guān)鍵；
（5）根據(jù)滴定管的讀數(shù)方法和要求來回答判斷，根據(jù)反應實質(zhì)，得到：2I₂～2SO₂～CuFeS₂，結(jié)合定量關(guān)系計算；
（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．

解答 解：該實驗原理是：根據(jù)黃銅礦受熱分解產(chǎn)生的二氧化硫的量的測定（二氧化硫可以用碘水來標定），結(jié)合元素守恒可以確定黃銅礦的量，進而計算其純度．
（1）CuFeS₂，S為-2價元素Cu元素化合價+2價，F(xiàn)e元素化合價為+2價，反應后銅元素化合價降低，鐵元素化合價升高，硫元素化合價升高，氧元素化合價降低，氧化產(chǎn)物是元素化合價升高的被氧化得到氧化產(chǎn)物，氧化產(chǎn)物為：Fe₃O₄、SO₂ ，依據(jù)電子守恒計算電子轉(zhuǎn)移總數(shù)，反應中3Cu²⁺～3Cu～6e^-，8O₂～Fe₃O₄+6SO₂
～32e^-，生成6molSO₂，電子轉(zhuǎn)移總數(shù)為38mol，當生成0.3molSO₂氣體時1.9mol電子，
故答案為：Fe₃O₄、SO₂ ；1.9；
（2）將樣品研細后再反應，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，灼熱的銅網(wǎng)可以除去多余的氧氣，
故答案為：增大接觸面積，使原料充分反應、加快反應速率；除去多余的氧氣；
（3）用標準碘溶液滴定d中溶液的反應是二氧化硫被溴單質(zhì)氧化生成硫酸和氫溴酸，反應的離子方程式為：SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-，當達到滴定終點時，二氧化硫已經(jīng)被碘單質(zhì)消耗完畢，再滴入一滴碘單質(zhì)，遇到淀粉會變藍且半分鐘不褪色，證明反應達到反應終點，
故答案為：SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-，錐形瓶中的溶液由無色變?yōu)樗{色且半分鐘不褪色；
（4）黃銅礦受熱分解生成二氧化硫等一系列產(chǎn)物，分解完畢后仍然通入空氣，可以將產(chǎn)生的二氧化硫全部排出去，使結(jié)果精確，
故答案為：使反應生成的SO₂全部進入d裝置中，使結(jié)果精確；
（5）根據(jù)滴定管的示數(shù)是上方小，下方大，可以讀出滴定管示數(shù)是20.00mL，當達到滴定終點時，二氧化硫已經(jīng)被碘單質(zhì)消耗完畢，再滴入一滴碘單質(zhì)，遇到淀粉會變藍，根據(jù)反應實質(zhì)，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(zhì)的量為：0.05mol/L×0.02L=0.0010mol，所以黃銅礦的質(zhì)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，本題難度中等．