Question

9．黃銅礦（主要成分為CuFeS₂，化學(xué)式的式量為184，S的化合價(jià)為-2價(jià)）是工業(yè)煉銅的主要原料，現(xiàn)有一種天然黃銅礦（含SiO₂），為了測(cè)定該黃銅礦的純度，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：

現(xiàn)稱(chēng)取研細(xì)的黃銅礦樣品1.84g，在空氣存在下進(jìn)行煅燒，發(fā)生如下反應(yīng)：3CuFeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 3Cu+Fe₃O₄+6SO₂，實(shí)驗(yàn)后取d中溶液的置于錐形瓶中（假設(shè)生成的氣體全部進(jìn)入d并全部被水吸收），用0.0500mol/L標(biāo)準(zhǔn)碘溶液進(jìn)行滴定，消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）反應(yīng)中氧化產(chǎn)物是Fe₃O₄；SO₂．
（2）實(shí)驗(yàn)中需要將固體樣品研細(xì)，研磨中需要的儀器是研缽；裝置c的作用是除去反應(yīng)多余的氧氣．
（3）用標(biāo)準(zhǔn)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(dá)終點(diǎn)時(shí)的現(xiàn)象是溶液由無(wú)色變?yōu)樗{(lán)色且保持30s不變．
（4）上述反應(yīng)結(jié)束后，仍需通一段時(shí)間的空氣，其目的是使反應(yīng)生成的SO₂全部進(jìn)入d裝置中，使結(jié)果精確．
（5）通過(guò)計(jì)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(cè)得黃銅礦純度偏高，假設(shè)實(shí)驗(yàn)操作均正確，可能的原因主要是空氣中的CO₂與Ba（OH）₂反應(yīng)生成BaCO₃沉淀，BaSO₃被氧化成BaSO₄．

Answer 1

分析 該實(shí)驗(yàn)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(cè)定（二氧化硫可以用碘水來(lái)標(biāo)定），結(jié)合元素守恒可以確定黃銅礦的量，進(jìn)而計(jì)算其純度，
（1）依據(jù)化學(xué)方程式中元素化合價(jià)變化分析，元素化合價(jià)升高的得到氧化產(chǎn)物，
（2）研磨固體要在研缽中進(jìn)行，裝置c中灼熱的銅網(wǎng)能與空氣中的氧氣反應(yīng)，吸收未反應(yīng)的氧氣；
（3）d中溶液中溶解有二氧化硫，用標(biāo)準(zhǔn)碘溶液滴定d中溶液，碘與二氧化硫反應(yīng)生成硫酸根離子和碘離子；用淀粉作指示劑時(shí)，滴定達(dá)終點(diǎn)時(shí)溶液出現(xiàn)藍(lán)色；
（4）為了使生成的二氧化硫被充分吸收，結(jié)束后仍需通一段時(shí)間的空氣；
（5）二氧化硫和單質(zhì)碘之間發(fā)生氧化還原反應(yīng)，根據(jù)消耗碘單質(zhì)的量可以確定二氧化硫的量，進(jìn)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(yīng)生成白色沉淀，亞硫酸鋇易被氧化為硫酸鋇，據(jù)此分析；

解答 解：該實(shí)驗(yàn)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(cè)定（二氧化硫可以用碘水來(lái)標(biāo)定），結(jié)合元素守恒可以確定黃銅礦的量，進(jìn)而計(jì)算其純度，
（1）根據(jù)反應(yīng)3CuFeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 3Cu+Fe₃O₄+6SO₂，反應(yīng)鐵元素從+2價(jià)變?yōu)?3價(jià)，硫從-2價(jià)變?yōu)?4價(jià)，所以反應(yīng)中氧化產(chǎn)物為Fe₃O₄、SO₂，
故答案為：Fe₃O₄、SO₂；
（2）研磨固體要在研缽中進(jìn)行，裝置c中灼熱的銅網(wǎng)能與空氣中的氧氣反應(yīng)，吸收未反應(yīng)的氧氣，
故答案為：研缽；除去反應(yīng)多余的氧氣；
（3）d中溶液中溶解有二氧化硫，用標(biāo)準(zhǔn)碘溶液滴定d中溶液，碘與二氧化硫反應(yīng)生成硫酸根離子和碘離子，反應(yīng)的離子方程式為I₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2I^-，用淀粉作指示劑時(shí)，滴定達(dá)終點(diǎn)時(shí)溶液由無(wú)色變?yōu)樗{(lán)色且保持30s不變，
故答案為：I₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2I^-；溶液由無(wú)色變?yōu)樗{(lán)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(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(yīng)生成的SO₂全部進(jìn)入d裝置中，使結(jié)果精確；
（5）根據(jù)反應(yīng)實(shí)質(zhì)，得到：2I₂～2SO₂～CuFeS₂，消耗掉0.05mol/L標(biāo)準(zhǔn)碘溶液20.00mL時(shí)，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(yīng)可以生成BaCO₃沉淀，此外BaSO₃被氧化成BaSO₄均可以導(dǎo)致所以的沉淀的量比二氧化硫和氫氧化鋇反應(yīng)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(yīng)生成BaCO₃沉淀，BaSO₃被氧化成BaSO₄．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了探究黃銅礦的純度，涉及了儀器選擇、純度計(jì)算等知識(shí)，題量較大，充分考查了學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力，本題難度較大．