Question

硫化鈉是用于皮革鞣制的重要化學(xué)試劑，可用無水芒硝（Na₂SO₄）與炭粉在高溫下反應(yīng)而制得，反應(yīng)方程式如下：
Na₂SO₄+4C

高溫

Na₂S+4CO↑             Na₂SO₄+4CO

高溫

Na₂S+4CO₂．
（1）現(xiàn)要制取Na₂S 11.70g，若生成過程中無水芒硝的利用率為90%，則理論上需要無水芒硝

 

g（精確到0.01）．
（2）若在反應(yīng)過程中生成的Na₂S 物質(zhì)的量為3mol，則消耗的碳單質(zhì)的物質(zhì)的量 n的范圍是

 

mol≤n≤

 

mol．若產(chǎn)生的氣體最終只有CO₂，則消耗的碳的物質(zhì)的量為

 

mol；若生成等物質(zhì)的量CO和CO₂，則消耗的碳的物質(zhì)的量為

 

mol．
（3）若在上述反應(yīng)中消耗的碳單質(zhì)為1mol，生成 Na₂S的物質(zhì)的量為 ymol，生成的 CO 和 CO₂的物質(zhì)的量之比為 x，則x 與 y的關(guān)系為 y=

 

．
（4）Na₂S放置在空氣中，會被緩慢氧化成Na₂SO₄ 及 Na₂SO₃，現(xiàn)稱取已經(jīng)部分氧化的硫化鈉樣品78.40g 溶于水中，加入足量鹽酸，充分反應(yīng)后過濾得沉淀19.20g，放出H₂S氣體2.24L  （標準狀況）．請計算：78.40g樣品中各氧化產(chǎn)物的物質(zhì)的量（寫出必要的計算過程）．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)n=

m

M

計算11.70gNa₂S的物質(zhì)的量，根據(jù)硫元素守恒計算需要無水芒硝的物質(zhì)的量，再根據(jù)m=nM計算無水芒硝的質(zhì)量；
（2）若生成的氣體為CO，消耗的碳的物質(zhì)的量最多，若生成的氣體為CO₂，消耗的碳的物質(zhì)的量最少；
若產(chǎn)生的氣體最終只有CO₂，反應(yīng)中C元素化合價由0價升高為+4價，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算需要碳的物質(zhì)的量；
若生成等物質(zhì)的量CO和CO₂，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算CO和CO₂的物質(zhì)的量，再根據(jù)碳原子守恒計算碳的物質(zhì)的量；
（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(guān)系；
（4）Na₂S與Na₂SO₃在酸性條件下發(fā)生反應(yīng)：2Na₂S+Na₂SO₃+6HCl=NaCl+3S↓+3H₂O，故19.2g為硫的質(zhì)量，放出H₂S氣體2.24L，還發(fā)生反應(yīng)2HCl+Na₂S=2NaCl+H₂S↑，根據(jù)n=

m

M

計算S的物質(zhì)的量，進而計算生成S的反應(yīng)中參加反應(yīng)的Na₂S、Na₂SO₃各自的物質(zhì)的量，根據(jù)n=

V

Vm

計算H₂S的物質(zhì)的量，進而計算與鹽酸反應(yīng)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=

m

M

計算Na₂SO₄的物質(zhì)的量．

解答：解：（1）11.70gNa₂S的物質(zhì)的量為

11.7g

78g/mol

=

11.7

78

mol，根據(jù)硫元素守恒可知，需要無水芒硝的物質(zhì)的量為

11.7 78 mol

90%

，故需要芒硝的質(zhì)量為

11.7 78 mol

90%

×142g/mol=23.67g，
故答案為：23.67；
（2）若生成的氣體為CO，消耗的碳的物質(zhì)的量最多，由Na₂SO₄+4C

高溫

Na₂S+4CO↑可知，生成3molNa₂S需要碳的物質(zhì)的量為3mol×4=12mol，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3molNa₂S需要碳的物質(zhì)的量為

3mol×[6-(-2)]

4

=6mol，故消耗的碳單質(zhì)的物質(zhì)的量 n的范圍是6mol≤n≤12mol；
若產(chǎn)生的氣體最終只有CO₂，反應(yīng)中C元素化合價由0價升高為+4價，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知，生成3molNa₂S需要碳的物質(zhì)的量為

3mol×[6-(-2)]

4

=6mol；
若生成等物質(zhì)的量CO和CO₂，令各自物質(zhì)的量為ymol，根據(jù)電子注意守恒，則2y+4y=3×[6-（-2）]，解得y=4，根據(jù)碳原子守恒可知，需要碳的物質(zhì)的量為4mol+4mol=8mol，
故答案為：6；12；6；8；
（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=

1

1+x

，則CO的物質(zhì)的量為

x

1+x

，反應(yīng)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）]=

1

1+x

×4+

x

1+x

×2，整理得y=

x+2

4+4x

，
故答案為：

x+2

4+4x

；
（4）19.2g為硫的物質(zhì)的量為

19.2g

32g/mol

=0.6mol，由方程式：2Na₂S+Na₂SO₃+6HCl=NaCl+3S↓+3H₂O可知，參加該反應(yīng)
的Na₂S為0.6mol×

2

3

=0.4mol，Na₂SO₃的物質(zhì)的量為0.6mol×

1

3

=0.2mol，
2.24LH₂S氣體的物質(zhì)的量為

2.24L

22.4L/mol

=0.1mol，根據(jù)反應(yīng)2HCl+Na₂S=2NaCl+H₂S↑可知，參加該反應(yīng)的Na₂S的物質(zhì)的量為0.1mol，故樣品中Na₂SO₄的質(zhì)量為78.40g-0.2mol×126g/mol-（0.4mol+0.1mol）×78g/mol=14.2g，故Na₂SO₄的物質(zhì)的量為

14.2g

142g/mol

=0.1mol，
故78.40g樣品中氧化產(chǎn)物：Na₂SO₃為0.2mol，Na₂SO₄為0.1mol，
答：78.40g樣品中氧化產(chǎn)物：Na₂SO₃為0.2mol，Na₂SO₄為0.1mol．

點評：本題考查混合物的有關(guān)計算，注意利用極限法與守恒法進行的計算，是對學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．