Question

9．閃鋅礦（主要成份為ZnS）是含鋅主要礦物之一，高溫加熱閃鋅礦生成ZnO和SO₂．ZnO用于冶煉
金屬鋅，SO₂可制亞硫酸鹽或硫酸．計算回答下列問題（保留2位小數）
（1）取1.56g閃鋅礦樣品，在空氣中高溫加熱（雜質不反應），充分反應后，冷卻，得到殘留固體的質量為
1.32g，樣品中含硫化鋅的質量分數是93%．
（2）取1.95g鋅加入到12.00mL18.4mol/L的濃硫酸中（反應中不生成H₂），充分反應后，小心地將溶液稀
釋到1000mL，取出15.00mL用0.25mol/L的NaOH溶液滴定，耗用NaOH溶液的體積為21.70mL．通過計算確定濃硫酸被還原的產物是S．
（3）亞硫酸鈉在600℃時分解為硫化鈉與硫酸鈉的混合物．反應的化學方程式為：4Na₂SO₃→3Na₂SO₄+Na₂S；將20.16g純凈亞硫酸鈉加熱到600℃一段時間后，冷卻，向殘留固體中加入足量稀硫酸，充分反應后，得干燥固體0.96g，計算亞硫酸鈉分解的百分率．
（4）將標況下4.48LSO₂氣體慢慢通入200mL一定濃度NaOH溶液中，SO₂氣體全部被吸收，將反應后的溶液小心蒸干，得到不超過兩種物質的無水晶體26.8g．通過計算確定反應后溶液中溶質的物質的量．

Answer 1

分析 （1）發(fā)生反應：2ZnS+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2ZnO+2SO₂，利用固體質量差量法計算ZnS的質量，進而計算樣品中含硫化鋅的質量分數；
（2）參加反應的硫酸得到ZnSO₄及還原產物，根據滴定消耗的NaOH計算剩余硫酸物質的量，利用S原子守恒計算被含有硫酸的物質的量，再根據電子轉移守恒計算還原產物中S元素化合價確定還原產物；
（3）反應后固體加入硫酸發(fā)生反應：Na₂SO₃+2Na₂S+3H₂SO₄=3Na₂SO₄+3S↓+3H₂O，可能剩余的Na₂SO₃不足，也可能是Na₂S不足，據此討論計算；
（4）SO₂氣體的物質的量為$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，SO₂與NaOH作用可能的反應有：SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O、SO₂+NaOH=NaHSO₃，
若只生成Na₂SO₃，則Na₂SO₃的質量是0.2mol×126g/mol=25.2g，若只生成NaHSO₃，則NaHSO₃的質量是0.2mol×104g/mol=20.8g，由于25.2＜26.8，NaOH過量，溶質可能Na₂SO₃和NaOH；
由于Na₂SO₃易被氧化為Na₂SO₄，若只得到Na₂SO₄，則Na₂SO₃的質量是0.2mol×142g/mol=28.4g，由于25.2＜26.8＜28.4，反應后溶質可能為Na₂SO₃和Na₂SO₄，據此討論計算．

解答 解：（1）設ZnS的質量是x，則：
2ZnS+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2ZnO+2SO₂  固體質量減少
194           162          32
x                         1.56g-1.32g=0.24g
即x=$\frac{0.24g×194}{32}$=1.455g，所以ZnS的質量分數=$\frac{1.455g}{1.56g}$×100%≈93%，
故答案為：93%；
（2）硫酸和氫氧化鈉之間中和的實質是：H⁺+OH^-=H₂O，取出15.00mL用0.25mol/L的NaOH溶液滴定，耗用NaOH溶液的體積為21.70mL，則剩余硫酸為：0.25mol/L×0.0217L×$\frac{1}{2}$×$\frac{1000mL}{15mL}$≈0.1808mol，消耗的硫酸的物質的量是0.012L×18.4mol/L-0.1808mol=0.040mol，金屬鋅的物質的量是：$\frac{1.95g}{65g/mol}$=0.03mol，生成硫酸鋅的物質的量是0.03mol，設硫酸的還原產物中硫元素的化合價是n，根據電子守恒：0.03mol×（2-0）=（0.04mol-0.03mol）×（6-n），解得n=0，所以濃硫酸被還原的產物是硫單質，
故答案為：S；
（3）反應后固體加入硫酸發(fā)生反應：Na₂SO₃+2Na₂S+3H₂SO₄=3Na₂SO₄+3S↓+3H₂O，得到S的質量為0.96g，則：
Na₂SO₃+2Na₂S+3H₂SO₄=3Na₂SO₄+3S↓+3H₂O
126    156                 96
1.26   1.56                0.96
若剩余的Na₂SO₃不足，則Na₂SO₃分解率為$\frac{20.16g-1.26g}{20.16g}$×100%=93.75%；
也可能是Na₂S不足，則：
4Na₂SO₃$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$3Na₂SO₄+Na₂S
252                 78
x                  1.56g
x=$\frac{1.56g×252}{78}$=10.8g，
則Na₂SO₃分解率為$\frac{10.8g}{20.16g}$×100%=50%，
答：亞硫酸鈉分解的百分率為93.75%或50%；
（4）SO₂氣體的物質的量為$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，SO₂與NaOH作用可能的反應有：SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O、SO₂+NaOH=NaHSO₃，
若只生成Na₂SO₃，則n（Na₂SO₃）=n（SO₂）=0.2mol，則Na₂SO₃的質量是0.2mol×126g/mol=25.2g，若只生成NaHSO₃，則NaHSO₃的質量是0.2mol×104g/mol=20.8g，由于25.2＜26.8，NaOH過量，溶質可能Na₂SO₃和NaOH，NaOH質量為26.8g-25.2g=1.6g，則NaOH的物質的量為$\frac{1.6g}{40g/mol}$=0.04mol；
由于Na₂SO₃易被氧化為Na₂SO₄，若只得到Na₂SO₄，則Na₂SO₃的質量是0.2mol×142g/mol=28.4g，由于25.2＜26.8＜28.4，反應后溶質可能為Na₂SO₃和Na₂SO₄，設二者物質的量分別為xmol、ymol，則：
$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.2}\\{126x+142y=26.8}\end{array}\right.$，解得x=y=0.1，
答：①第一種情況：n （NaOH）=0.04 mol、n （Na₂SO₃）=0.20 mol；
②另一種可能是Na₂SO₃和Na₂SO₄的混合物，n （Na₂SO₄）=n（Na₂SO₃）=0.10mol．

點評 本題是對化學計算的考查，側重考查學生分析計算能力，涉及元素守恒、極端假設、電子轉移守恒、討論法等解題思維，難度較大．