《2025年赢在微点化学》

6.工业上，利用黄铜矿(主要成分是$CuFeS_{2}$)冶炼金属，产生的废气可以制备硫酸。某黄铜矿中铜元素的质量分数为$a\%$(假设杂质不含铜、铁、硫元素)，其燃烧过程转化率为75%，得到的$SO_{2}$转化为$SO_{3}$的转化率为80%，$SO_{3}$的吸收率为96%。现有黄铜矿100 t，其废气最多能制备98%的硫酸（ ）
A.1.8a t
B.2.8a t
C.3.2a t
D.4.5a t

答案： A　解析　根据题中转化过程中的物质变化及物质中硫元素的关系，可得关系式CuFeS₂→2SO₂→2SO₃→2H₂SO₄。根据黄铜矿中铜元素的质量分数为a%可得100t黄铜矿中n(CuFeS₂)=$\frac{1×10^{6}×a}{64}$mol，则根据关系式及各步的转化率可知n(H₂SO₄)=2n(CuFeS₂)×75%×80%×96% = 1.8a×10⁴mol，则能制备98%的硫酸的质量为$\frac{1.8a×10^{4}mol×98g·mol^{-1}}{98\%}=1.8a×10^{6}g = 1.8a t$。

[问题探究]
根据图中相关物质的类别及硫元素的化合价分析下图:

(1)X的电子式是____________，Z的化学式是________________。
(2)W的浓溶液与铜单质在加热条件下可发生反应，反应的化学方程式为______________。
(3)将Z在氧气中灼烧可得Y及对应金属的氧化物，写出反应的化学方程式:____________。
(4)将X与Y混合，可生成淡黄色固体，该反应的氧化产物与还原产物的物质的量之比为________。

答案： 提示　
(1)H:$\ddot{S}$:H　CuFeS₂
(2)Cu + 2H₂SO₄(浓)$\stackrel{\triangle}{=}$CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O
(3)4CuFeS₂ + 13O₂$\stackrel{高温}{=}$4CuO + 2Fe₂O₃ + 8SO₂
(4)2 : 1
　解析　由自然界中硫元素的存在示意图、相关物质的类别及硫元素的化合价可知:X为H₂S，Y为SO₂，Z为CuFeS₂。
(4)X与Y混合发生的反应为2H₂S + SO₂ = 3S + 2H₂O，H₂S中S元素为 - 2价，被氧化成S，生成2molS为氧化产物，SO₂中S元素为 + 4价，被还原成S，生成1molS为还原产物，故该反应的氧化产物与还原产物的物质的量之比为2 : 1。

[实验分析]
1. -2 价 S→0 价 S
实验步骤：在两支试管中分别加入 1 mL 硫化钠溶液，向其中一支边振荡边滴加亚硫酸溶液，另一支边振荡边滴加酸性高锰酸钾溶液，用浸有氢氧化钠溶液的棉团塞住试管口，观察并记录实验现象。
答案 硫化钠转化为单质硫，硫元素化合价由 -2 价转化为 0 价，观察到的现象是有淡黄色沉淀生成。

答案： 硫化钠转化为单质硫，硫元素化合价由 -2 价转化为 0 价，观察到的现象是有淡黄色沉淀生成。

2. 根据硫元素的化合价分析 H₂SO₃ 具有氧化性还是还原性？怎样利用实验验证 H₂SO₃ 具有的性质？
答案 硫元素的最高正价是 +6 价，最低负价是 -2 价，H₂SO₃ 中硫元素为 +4 价，因此 H₂SO₃ 既有氧化性又有还原性。可以利用 H₂SO₃ 与 Na₂S 或 H₂S 反应，验证 H₂SO₃ 具有氧化性；利用 H₂SO₃ 与酸性 KMnO₄ 溶液反应，验证 H₂SO₃ 具有还原性。

答案： 硫元素的最高正价是 +6 价，最低负价是 -2 价，H₂SO₃ 中硫元素为 +4 价，因此 H₂SO₃ 既有氧化性又有还原性。可以利用 H₂SO₃ 与 Na₂S 或 H₂S 反应，验证 H₂SO₃ 具有氧化性；利用 H₂SO₃ 与酸性 KMnO₄ 溶液反应，验证 H₂SO₃ 具有还原性。