Question

2．硫化鈉是用于皮革鞣制的重要化學試劑，可用無水芒硝（Na₂SO₄）與炭粉在高溫下反應而制得，有關反應原理如下：
①Na₂SO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂S+4CO↑；
②Na₂SO₄+4CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂S+4CO₂．
（1）現(xiàn)要制取Na₂S 7.80g，若生產(chǎn)過程中無水芒硝（Na₂SO₄）的利用率為90%，則理論上需要無水芒硝（Na₂SO₄）15.78g（精確到0.01）．
（2）若在反應中生成的Na₂S物質(zhì)的量為1mol，則消耗的碳單質(zhì)的物質(zhì)的量（n）的取值范圍是2mol≤n≤4mol．
（3）若在上述反應中消耗的碳單質(zhì)為1mol，生成Na₂S的物質(zhì)的量為y mol，而反應中生成的CO和CO₂的物質(zhì)的量之比為x，則y與x的關系式為：y=$\frac{2+x}{4+4x}$；
（4）Na₂S放置在空氣中，會緩慢氧化成Na₂SO₃及Na₂SO₄．現(xiàn)稱取已經(jīng)部分氧化的硫化鈉樣品39.20g溶于水中，加入足量鹽酸，充分反應后，過濾得沉淀9.6g，放出H₂S氣體1.12L（標準狀況）．請計算得出在39.20g樣品中各氧化產(chǎn)物的物質(zhì)的量分別為：n（Na₂SO₃）=0.10mol、n（Na₂SO₄）=0.05mol．

Answer 1

分析 （1）該反應中遵循原子守恒，根據(jù)S原子守恒計算無水芒硝的質(zhì)量；
（2）當完全生成CO時消耗的C物質(zhì)的量最多，當完全生成二氧化碳時消耗C的物質(zhì)的量最少，根據(jù)極限法分析解答；
（3）計算CO 和 CO₂各自的物質(zhì)的量，再根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒列等式，確定x 與 y的關系；
（4）Na₂S與Na₂SO₃在酸性條件下發(fā)生反應：2Na₂S+Na₂SO₃+3H₂SO₄=3Na₂SO₄+3S↓+3H₂O，故9.6g為硫的質(zhì)量，放出H₂S氣體2.24L，還發(fā)生反應H₂SO₄+Na₂S=Na₂SO₄+H₂S↑，根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算S的物質(zhì)的量，進而計算生成S的反應中參加反應的Na₂S、Na₂SO₃各自的物質(zhì)的量，根據(jù)n=$\frac{V}{{V}_{m}}$計算H₂S的物質(zhì)的量，進而計算與硫酸反應生成H₂S氣體需要Na₂SO₃的物質(zhì)的量，再根據(jù)m=nM計算樣品中Na₂S、Na₂SO₃各自的質(zhì)量，繼而計算Na₂SO₄的質(zhì)量，根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算Na₂SO₄的物質(zhì)的量．

解答 解：（1）7.80gNa₂S的物質(zhì)的量為 $\frac{7.8g}{78g/mol}$=0.1mol，根據(jù)硫元素守恒可知，需要無水芒硝的物質(zhì)的量為$\frac{0.1mol}{90%}$=$\frac{1}{9}$mol，故需要芒硝的質(zhì)量為$\frac{1}{9}$mol×142g/mol=15.78g，
故答案為：15.78；
（2）若生成的氣體為CO，消耗的碳的物質(zhì)的量最多，由Na₂SO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂S+4CO↑可知，生成1molNa₂S需要碳的物質(zhì)的量為mol×4=4mol，若生成的氣體為CO₂，消耗的碳的物質(zhì)的量最少，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知，生成1molNa₂S需要碳的物質(zhì)的量為 $\frac{1mol×[6-（-2）]}{4}$=2mol，故消耗的碳單質(zhì)的物質(zhì)的量 n的范圍是2mol≤n≤4mol；
故答案為：2mol≤n≤4mol；
（3）消耗的碳單質(zhì)為1mol，根據(jù)碳原子守恒，生成的 CO 和 CO₂的總物質(zhì)的量為1mol，生成的CO和CO₂的物質(zhì)的量之比為x，令CO₂的物質(zhì)的量為amol，則a+ax=1，故a=$\frac{1}{1+x}$，則CO的物質(zhì)的量為$\frac{x}{1+x}$，反應生成 Na₂S的物質(zhì)的量為ymol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒有：y×[6-（-2）]=$\frac{1}{1+x}$×4+$\frac{x}{1+x}$×2，整理得y=$\frac{2+x}{4+4x}$，
故答案為：$\frac{2+x}{4+4x}$；
（4）9.6g為硫的物質(zhì)的量為 $\frac{9.6g}{32g/mol}$=0.3mol，由方程式：2Na₂S+Na₂SO₃+3H₂SO₄=3Na₂SO₄+3S↓+3H₂O可知，參加該反應的Na₂S為0.3mol×$\frac{2}{3}$=0.2mol，Na₂SO₃的物質(zhì)的量為0.3mol×$\frac{1}{3}$=0.1mol，2.24LH₂S氣體的物質(zhì)的量為 $\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.05mol，根據(jù)反應H₂SO₄+Na₂S=Na₂SO₄+H₂S↑，可知，參加該反應的Na₂S的物質(zhì)的量為0.05mol，故樣品中Na₂SO₄的質(zhì)量為39.20g-0.1mol×126g/mol-（0.2mol+0.05mol）×78g/mol=7.1g，故Na₂SO₄的物質(zhì)的量為 $\frac{7.1g}{142g/mol}$=0.05mol，
故78.40g樣品中氧化產(chǎn)物：Na₂SO₃為0.2mol，Na₂SO₄為0.1mol，
故答案為：n（Na₂SO₃）=0.10 mol；n（Na₂SO₄）=0.05 mol．

點評 本題考查氧化還原反應有關計算，為高頻考點，側(cè)重考查學生分析計算能力，明確各個物理量之間的關系式是解本題關鍵，注意原子守恒的靈活運用，題目難度中等．