Question

由黃銅礦為原料（主要成分為CuFeS₂）制備99.95%～99.98%精銅的流程如下：
-→，O₂ -→，SiO₂ ，F(xiàn)eSiO₃-→O₂
（1）高溫焙燒第一反應為2CuFeS₂+4O₂═Cu₂S+2FeO+3SO₂，該反應中氧化劑為

 

．產(chǎn)物Cu₂S在1 200℃高溫下繼續(xù)反應：2Cu₂S+3O₂═2Cu₂O+2SO₂，2Cu₂O+Cu₂S═6Cu+SO₂．6mol CuFeS₂和14.25mol O₂反應，理論上可得到Cu

 

mol（假定各步反應都完全）．
（2）取三份質(zhì)量均為16.9g的上述粗銅，成分為Cu、Fe、Zn．現(xiàn)在需要分析其中銅的含量，進行如下實驗（所有氣體體積均為標況下的數(shù)據(jù)）：
①取一份粗銅放入足量稀硫酸中，共放出氫氣1.568L．
②另取一份粗銅放入稍過量的較濃硝酸中，加熱使合金銅完全溶解，收集到了NO和NO₂的混合氣體8.736L，與3.304LO₂混合后，得到的混合氣體恰好被水完全吸收．
③再取一份粗銅進行電解精煉，陽極完全溶解后陰極增加質(zhì)量17.28g．求粗銅中Cu的質(zhì)量分數(shù)（保留一位小數(shù)）．

Answer 1

考點：銅金屬及其重要化合物的主要性質(zhì)

專題：幾種重要的金屬及其化合物

分析：（1）根據(jù)化合價的變化判斷氧化劑、還原劑；根據(jù)CuFeS₂的物質(zhì)的量計算生成硫化亞銅的物質(zhì)的量、需要氧氣的物質(zhì)的量，根據(jù)剩余氧氣的物質(zhì)的量計算需要硫化亞銅的物質(zhì)的量、生成氧化亞銅的物質(zhì)的量，根據(jù)氧化亞銅的物質(zhì)的量計算生成銅的物質(zhì)的量；
（2）粗銅中的鐵和鋅與稀硫酸反應，銅和稀硫酸不反應，根據(jù)氫氣的體積計算鐵和鋅的物質(zhì)的量之和再結合電解時析出的純銅和粗銅質(zhì)量差列比例式計算鋅和鐵的質(zhì)量，從而計算出銅的質(zhì)量分數(shù)．

解答： 解：（1）2CuFeS₂+4O₂═Cu₂S+2FeO+3SO₂，CuFeS₂中銅元素的化合價為+2價，鐵元素的化合價為+2價，硫元素的化合價為-2價，O₂中氧元素的化合價為0價，Cu₂S中銅元素的化合價為+1價，氧化物中氧元素的化合價為-2價，SO₂中硫元素的化合價為+4價，化合價降低的元素有銅元素、氧元素，所以氧化劑為CuFeS₂、O₂；
2CuFeS₂+4O₂═Cu₂S+2FeO+3SO₂
2mol   4mol  1mol
6mol   12mol 3mol
則剩余氧氣的物質(zhì)的量=14.25mol-12mol=2.25mol；生成硫化亞銅的物質(zhì)的量為3mol；
2Cu₂S+3O₂═2Cu₂O+2SO₂
2mol  3mol 2mol
1.5mol2.25mol1.5mol
所以還剩下硫化亞銅的物質(zhì)的量=3mol-1.5mol=1.5mol；生成氧化亞銅的物質(zhì)的量為1.5mol；
 2Cu₂O+Cu₂S═6Cu+SO₂
 2mol 1mol   6mol
1.5mol0.75mol4.5mol
所以生成銅的物質(zhì)的量為4.5mol，
故答案為：CuFeS₂、O₂；4.5；
（2）粗銅中的鐵和鋅與稀硫酸反應，銅和稀硫酸不反應，設鋅的物質(zhì)的量為x，鐵的物質(zhì)的量為y．
Zn---------H₂；
1mol      1mol
x         x  
Fe-------H₂；
1mol    1mol
y        y
x+y=

1.568L

22.4L/mol

=0.07mol，
Zn---------Cu   質(zhì)量減少
1mol                1g 
xmol                xg
Fe--------Cu   質(zhì)量增加；
1mol             8g
ymol            8yg
所以由粗銅制得純銅的質(zhì)量增加為：8y-x=17.28g-16.9g=0.38g，

x+y=0.07 8y-x=0.38

解得

x=0.02 y=0.05

所以銅的質(zhì)量分數(shù)為

16.9g-0.02mol×65g/mol-0.05mol×56g/mol

16.9g

×100%=75.7%，
答：粗銅中Cu的質(zhì)量分數(shù)為75.7%．

點評：本題考查了銅的有關計算，難度不大，易錯題是（1）題，注意先進行過量計算，再根據(jù)不足量的物質(zhì)為標準計算生成的物質(zhì)．