Question

20．銅、鐵是人類使用最早、應用廣泛的金屬．
（一）對古代制品的認識
青銅鑄件、絲綢織品、陶瓷器皿是我國古代勞動人民創(chuàng)造的輝煌成就．
1、上述制品不涉及到的材料是C（選填序號）．
A、金屬材料      B、無機非金屬材料     C、復合材料
（2）如圖1為出土文物古代青銅鑄件“馬踏飛燕”．該文物能保存至今的原因可能是AC（選填序號）．
A、銅的活潑性弱    B、銅不會生銹   C、深埋于地下，隔絕空氣
（二）鐵、銅的冶煉
1、我國古代曾用孔雀石煉銅，涉及主要反應的化學方程式：Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+CO₂↑+2CuO，2CuO+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑．
2、鐵、銅礦石有赤鐵礦（Fe₂O₃）、磁鐵礦（Fe₃O₄）、黃鐵礦（FeS₂）、黃銅礦（CuFeS₂）等．CuFeS₂為二硫化亞鐵銅，其中S元素的化合價為-2．
（1）工業(yè)煉鐵大多采用赤鐵礦、磁鐵礦．以磁鐵礦為原料煉鐵反應的化學方程式為Fe₃O₄+4CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Fe+4CO₂．煉鐵不采用黃鐵礦、黃銅礦，可能的原因是：
①黃鐵礦、黃銅礦含鐵量相對低；②冶煉過程中會產生有毒氣體二氧化硫，污染環(huán)境．
（2）以黃銅礦為原料，采用生物煉銅是現代煉銅的新工藝，原理為：4CuFeS₂+17O₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;耐酸、銅細菌\;}}{\;}$4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O．
向上述反應后的溶液中加入Fe粉，得到FeSO₄溶液和Cu．
①發(fā)生主要反應的化學方程式：Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄，Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄．
②FeSO₄溶液經蒸發(fā)濃縮、降溫結晶、過濾等操作得到FeSO₄•7H₂O晶體．
（三）黃銅礦中鐵、銅含量的測定
在科研人員指導下，興趣小組稱取25.00g黃銅礦（含少量Fe₂O₃和其它不含金屬元素的雜質）模擬生物煉銅，使其全部轉化為CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃溶液．向溶液中加入過量NaOH溶液得到Cu（OH）₂、Fe（OH）₃固體．
1、證明NaOH溶液過量的方法：靜置，向上層清液中滴加NaOH溶液，無現象．
2、用圖2裝置對固體進行熱分解實驗．
【資料】
①在68℃時，Cu（OH）₂分解為CuO；在500℃時，Fe（OH）₃分解為Fe₂O₃．
②在1400℃時，CuO分解為Cu₂O和O₂，Fe₂O₃分解為復雜的鐵的氧化物和O₂．
（1）裝配好實驗裝置后，先要檢查裝置的氣密性．
（2）停止加熱后仍需繼續(xù)通N₂，可防止倒吸和使生成的氣體全部被B和C裝置吸收．
（3）控制不同的溫度對A中固體加熱，測得裝置B和C中銅網的質量變化如表．

溫度/℃	室溫	100	550	1400
B裝置/g	200.00	201.80	205.04	205.04
C中銅網/g	100.00	100.00	100.00	101.28

①此黃銅礦中銅、鐵元素的質量分數：ω（Cu）%=25.60%；ω（Fe）%=26.88%．
②復雜的鐵的氧化物化學式為Fe₄O₅．

Answer 1

分析 （一）根據材料的分類來分析；
根據合金的性質來分析；
（二）1、根據化學反應的原理以及化學方程式的寫法來分析；
2、根據化合物中元素化合價的計算方法來分析；
（1）首先根據反應原理找出反應物、生成物、反應條件，根據化學方程式的書寫方法、步驟進行書寫即可；
鐵礦石的選擇原則：含鐵量高，不含有害元素，冶煉過程中不產生或少產生污染環(huán)境的物質；
（2）根據反應的原理以及化學方程式的寫法來分析；根據從混合物中分離純凈物的方法來分析；
（三）1、根據物質的性質以及檢驗方法來分析；
2、（1）根據實驗操作的注意事項來分析；
（2）根據實驗的要求與氣體流通來分析；
（3）①根據題干信息與數據來分析計算；
②根據計算結果來分析解答．

解答 解：（一）（1）青銅是合金，屬于金屬材料；絲綢屬于天然材料；陶瓷屬于無機非金屬材料；故填：C；
（2）銅的活動性弱，且深埋于地下隔絕了空氣，所以青銅器不易生銹；故填：AC；
（二）1、堿式碳酸銅受熱分解生成氧化銅、二氧化碳和水，反應的化學方程式為：Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+CO₂↑+2CuO；故填：Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+CO₂↑+2CuO；
2、CuFeS₂為二硫化亞鐵銅，其中銅元素顯+2價，鐵元素顯+2價，設硫元素的化合價為x，則（+2）+（+2）+2x=0，x=-2；故填：-2；
（1）工業(yè)上用CO和磁鐵礦煉鐵，主要是利用CO的還原性，在高溫下和氧化鐵反應生成鐵和二氧化碳，反應的化學方程式為Fe₃O₄+4CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Fe+4CO₂．黃鐵礦、黃銅礦含鐵量低，含有對環(huán)境有害的元素硫，并且在冶煉過程中會產生有毒氣體二氧化硫，污染環(huán)境，因此黃鐵礦、黃銅礦不宜煉鐵．故填：Fe₃O₄+4CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Fe+4CO₂；冶煉過程中會產生有毒氣體二氧化硫，污染環(huán)境；
（2）①加入的鐵粉能與硫酸銅反應生成銅和硫酸亞鐵；故填：Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄；
②FeSO₄溶液經蒸發(fā)濃縮、降溫結晶、過濾等操作得到FeSO₄•7H₂O晶體．故填：降溫結晶；
（三）1、可以向上層清液中滴加氫氧化鈉溶液，若產生沉淀則氫氧化鈉的量不足，若沒有沉淀產生則氫氧化鈉已經過量；故填：NaOH；
2、（1）對于有氣體生成的反應，在實驗前，一定要檢查裝置的氣密性；故填：檢查裝置的氣密性；
（2）為了使得生成水蒸氣、氧氣被完全吸收，所以停止加熱后仍需繼續(xù)通N₂，故填：使生成的氣體全部被B和C裝置吸收；
（3）①設其中銅元素的質量為x．氫氧化銅受熱會分解為氧化銅和水，方程式為Cu（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuO+H₂O，從室溫加熱到100℃時，裝置B中增重的質量為氫氧化銅分解生成水的質量；由題干信息可知，經過一系列化學反應時，物質的關系是：
Cu～CuFeS₂～CuSO₄～Cu（OH）₂～H₂O
64                                              18
x                                        （201.80-200.00）g
 $\frac{64}{18}=\frac{x}{（201.80-200.00）g}$
x=6.4g
則此黃銅礦中銅元素的質量分數：ω（Cu）%=$\frac{6.4g}{25.00g}×100%=25.60%$；
設其中鐵元素的質量為y．氫氧化鐵受熱會分解為氧化鐵和水，方程式為2Fe（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+3H₂O，從100℃加熱到550℃時，裝置B中增重的質量為氫氧化鐵分解生成水的質量；由題干信息可知，經過一系列化學反應時，物質的關系是：
2Fe～2CuFeS₂～Fe₂（SO₄）₃～Fe（OH）₃～3H₂O
112                                                        54
 y                                                    （205.04-201.80）g
$\frac{112}{54}=\frac{y}{（205.04-201.80）g}$
y=6.72g
則此黃銅礦中鐵元素的質量分數：ω（Fe）%=$\frac{6.72g}{25.00g}×100%=26.88%$
故答案為：25.60%；26.88%；
②氧化銅受熱分解的方程式為：4CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu₂O+O₂↑
設氧化銅分解生成氧氣的質量為z，則
4Cu～4CuO～2Cu₂O～O₂
256                       32
6.4g                      z
$\frac{256}{32}=\frac{6.4g}{z}$
z=0.8g
因為裝置C增重的質量為氧化銅、氧化鐵分解產生氧氣的總質量，所以氧化鐵分解生成氧氣的質量為：（101.28g-100.00g-0.8g）=0.48g
氧化鐵的質量為：6.72g÷$\frac{112}{160}×100%$=9.6g
生成的復雜鐵的氧化物中含氧元素的質量為：9.6g-0.48g-6.72g=2.4g
復雜的鐵的氧化物中鐵原子與氧原子的個數比為：$\frac{6.72g}{56}$：$\frac{2.4g}{16}$=4：5
則復雜的鐵的氧化物化學式為：Fe₄O₅；故填：Fe₄O₅．

點評 要理解煉鐵的原理和方法過程，了解金屬元素的存在及常見的金屬礦物，注意煉鐵過程中產生的副產物對環(huán)境的影響是解答這類題的關鍵．