Question

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

 

．
（2）取1.95g鋅加入到12.00mL 18.4mol/L的濃硫酸中（假設生成的氣體中無氫氣，濃硫酸產生單一的還原產物），充分反應后，小心地將溶液稀釋到1000mL，取出15.00mL，以酚酞為指示劑，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

 

．
（3）若將ZnS溶于強酸可產生硫化氫氣體．在120°C、1atm下，將100mL硫化氫和氧氣的混合氣體點燃，恢復到原來狀態，測得剩余氣體為70mL，求原混合氣體中硫化氫的體積分數．（不考慮硫化氫氣體自身受熱分解）
（4）將標況下4.48L SO₂氣體慢慢通入200mL一定濃度NaOH溶液中，SO₂氣體全部被吸收，將反應后的溶液在空氣中小心蒸干（不考慮酸式鹽的分解），得到不超過兩種物質的無水晶體26.8g．通過計算確定所得晶體的成分與物質的量．

Answer 1

分析：（1）閃鋅礦（主要成份為ZnS）在空氣中高溫加熱閃鋅礦生成ZnO和SO₂，根據固體質量差量法來計算即可；
（2）根據電子守恒和化合價變化之間的關系來計算；
（3）120°C，水為氣態，H₂S和O₂的混合氣體點燃，氧氣不足發生反應①2H₂S+O₂═2S↓+2H₂O，氧氣足量發生反應②2H₂S+3O₂═2SO₂+2H₂O，據此討論；
（4）SO₂與氫氧化鈉反應都生成Na₂SO₃，可通過化學方程式的計算得出其質量，SO₂與氫氧化鈉反應都生成NaHSO₃，可通過化學方程式的計算得出其質量，比較極限反應獲得固體質量和實際質量之間的關系可以進行討論，在根據S元素守恒和質量關系計算各自的量的多少即可．

解答：解：（1）設ZnS的質量是x，則2ZnS+3O₂=2ZnO+2SO₂   減少的固體質量
                          194       161          32
                           x                    1.56-1.32
即

194

x

=

32

1.56-1.32

，解得x=1.455g，
所以ZnS的質量分數=

1.455

1.56

×100%≈93%，
故答案為：93%；
（2）取1.95g鋅加入到12.00mL18.4mol/L的濃硫酸中（反應中只生成一種還原產物），消耗的硫酸的物質的量是0.012L×18.4mol/L-0.18mol=0.0408mol．設硫酸的還原產物中，硫元素的化合價是n，金屬鋅的物質的量是：

1.95g

65g/mol

=0.03mol，生成硫酸鋅的物質的量是0.03mol，所以0.03mol的硫酸顯示酸性，根據電子守恒：

1.95g

65g/mol

×（2-0）=（0.0408mol-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）120°C，水為氣態，H₂S和O₂的混合氣體點燃，氧氣不足發生反應①2H₂S+O₂═2S↓+2H₂O，氧氣足量發生反應②2H₂S+3O₂═2SO₂+2H₂O．若n（H₂S）：n（O₂）＞2：1，發生反應①，H₂S有剩余，則：
2H₂S+O₂═2 S↓+2H₂O  體積變化△V；
2     1          2        1
60ml 30ml      60ml      100ml-70ml=30ml
剩余氣體為硫化氫和水蒸氣，H₂S為70-60=10ml，原混合氣體中H₂S為70ml，原混合氣體中硫化氫的體積分數為：

70

100

×100%=70%，
若n（H₂S）：n（O₂）＜2：3，發生反應②，
2H₂S+3O₂═2SO₂+2H₂O    體積變化△V；
2    3     2     2        1
60ml 90ml  60ml   60ml    100ml-70ml=30ml
氣體為二氧化硫、水蒸氣、氧氣，其中二氧化硫為60ml、水蒸氣為60ml，60+60=120ml＞70ml，不符合題意，
若2：3＜n（H₂S）：n（O₂）＜2：1，發生反應①②，氣體為二氧化硫和水蒸氣，則：
設參加反應的硫化氫分別為X、Y，則：
2H₂S+O₂═2 S↓+2H₂O 2H₂S+3O₂═2SO₂+2H₂O，
X    0.5X      X     Y  1.5Y  Y   Y      則X+2Y=70，X+Y+0.5X+1.5Y=100，解得：X=50，Y=10，
H₂S為X+Y=60ml，原混合氣體中H₂S為60ml，原混合氣體中硫化氫的體積分數為：

60

100

×100%=60%，
答：原混合氣體中硫化氫的體積分數為60%或70%； 
（4）若4.48L即0.2mol標況下的SO₂與氫氧化鈉反應都生成Na₂SO₃，可通過化學方程式的計算得出其質量，SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O，生成Na₂SO₃25.2g，若4.48L即0.2mol標況下的SO₂與氫氧化鈉反應都生成NaHSO₃，SO₂+NaOH═NaHSO₃，生成的NaHSO₃質量為20.8g，所以最后得到的無水晶體不可能是這兩種物質形成的混合物，也不可能是其中之一，由此其組成可能是Na₂SO₃和反應沒有完全消耗掉的NaOH，在蒸干過程中，亞硫酸鹽會被空氣中氧氣氧化為硫酸鹽，亞硫酸氫鹽會被氧化為硫酸氫鹽，所以所得晶體還可以是或是亞硫酸鈉、硫酸鈉的混合物；或是亞硫酸氫鈉、硫酸鈉的混合物；或是硫酸鈉、硫酸氫鈉的混合物，若晶體組成是Na₂SO₃和反應沒有完全消耗掉的NaOH此混合物中的氫氧化鈉質量為26.8-25.2=1.6g，其物質的量為0.04mol，如果是亞硫酸鈉、硫酸鈉的混合物，硫酸鈉是亞硫酸鈉的氧化產物，根據硫元素守恒以及晶體質量之和是26.8g，解得他們各自的物質的量均是0.1mol，同理可得，如果是硫酸鈉和亞硫酸氫鈉的混合物，物質的量分別是0.042mol、0.158mol，如果是硫酸鈉、硫酸氫鈉的混合物，物質的量分別是0.127mol、0.073mol，
答：所得晶體的成分與物質的量為

n(Na2SO3)=0.20 mol  n(NaOH)=0.04 mol

；

n(Na2SO3)=0.10 mol n(Na2SO4)=0.10 mol

；

n(NaHSO3)=0.042 mol   n(Na2SO4)=0.158 mol

；

n(Na2SO4)=0.127 mol n(NaHSO4)=0.073 mol

．

點評：本題是一道關于元素以及化合物的計算題，多種解題思想：元素守恒、極限反應的靈活應用是解題的關鍵，難度大．