Question

铜的硫化物可用于冶炼金属铜。为测定某试样中Cu₂S、CuS的质量分数，进行如下实验：

步骤1：在0．7500g试样中加入100．00 mL 0．1200mol/mol KMnO₄的酸性溶液，加热，硫元素全部转化为SO₄^2－，铜元素全部转化为Cu^2＋，滤去不溶性杂质。

步骤2：收集步骤1所得滤液至250 mL容量瓶中，定容。取25．00 mL溶液，用0．1000mol/molFeSO₄溶液滴定至终点，消耗16．00 mL。

步骤3：在步骤2滴定所得溶液中滴加氨水至出现沉淀，然后加入适量NH₄HF₂溶液(使Fe、Mn元素不参与后续反应)，加入约1gKI固体(过量)，轻摇使之溶解并发生反应：2Cu^2＋＋4I^－=2CuI↓＋I₂。用0．05000mol/molNa₂S₂O₃溶液滴定至终点(离子方程式为2S₂O₃^2-＋I₂2I^－＋S₄O₆^2－)，消耗14．00 mL。

已知：酸性条件下，MnO₄^-的还原产物为Mn^2＋。

（1）若步骤3加入氨水产生沉淀时，溶液的pH＝2．0，则溶液中c(Fe^3＋)＝___________。

(已知室温下Ksp[Fe(OH)₃]＝2．6×10^－39)

（2）步骤3若未除去Fe^3＋，则测得的Cu^2＋的物质的量将___________(填“偏高”“偏低”或“不变”)。

（3）计算试样中Cu₂S和CuS的质量分数(写出计算过程)。

Answer

（1）2．6×10-3mol/L；（2）偏高；（3）w(Cu2S)=42．7%,w(CuS)=38．4%；

【解析】

试题分析：（1）若步骤3加入氨水产生沉淀时，溶液的pH=2．0，则c(OH- )=10-12mol/L，Ksp [Fe(OH)3 ]=c（Fe3+ ）×c3(OH-)，则c(Fe3+)=Ksp÷c3(OH−)=2．6×10−39÷(10−12)3=2．6×10-3 mol/L；（2）步骤3若未除去Fe3+，则加KI固体时，先发生2 Fe3+ +2I- ═2Fe2+ +I2；，后发生2Cu2+ +4I- ═2CuI↓+I2 ，反应消耗的碘离子的物质的量偏大，所以求出的Cu2+ 的物质的量将偏高；（3）设Cu2 S和CuS的物质的最分别为x、y； 2Cu2+ ～I2 ～2S2 O32−n(Cu2+)=n(S2 O32−)=0．050 00 mol•L-1 ×14．00×10-3 L=7．000×10-4mol，则2x+y=7．000×10-4 mol×(250mL÷25mL)。Cu2 S和CuS被高锰酸钾氧化为CuSO4 ，Cu、S元素失去电子的物质的量等于Mn元素得到电子的物质的量，则10x+8y=0．120 0mol•L-1 ×0．1L×5-0．100mol•L-1 ×0．016L×（250mL÷25mL）。将两个放出联立求解，可得x=2．000×10-3 mol，y=3．000×10-3 mol，解得：ω(Cu2 S)=[(2．000×10−3mol×160g/mol)÷0．7500g] ×100%=42．7%；ω(Cu2S)= [3．000×10−3mol×96g/mol÷0．7500g]×100%=38．4%。

【考点定位】考查溶度积常数的应用、误差分析、滴定方法在物质含量测定的应用的知识。

【名师点睛】任何难溶性的物质在水中也存在一定溶解度，沉淀溶解电离产生的离子浓度的乘积就是该物质的溶度积常数，根据给出的离子浓度，利用溶度积常数就可以计算出溶液的pH，在进行滴定时，若使反应消耗的标准溶液体积偏大，则使测定的结果偏高，若使反应消耗的标准溶液体积偏小，则使测定的结果偏低。可能导致反应消耗的标准溶液体积偏大的因素有开始有气泡，后来无气泡，滴定管未用标准溶液润洗；或锥形瓶用待测溶液润洗，或读数时，开始时俯视读数，后来读数正确或仰视读数。根据反应中消耗的物质的物质的量的比等于方程式中该物质的化学计量数的比计算待测物质的物质的量，然后计算其质量，利用物质的量的分数计算公式，就得到待求物质的质量分数。