Question

9．Cu₂S是火法煉銅的重要原料之一，下面是由Cu₂S冶煉銅及制取CuSO₄•5H₂O的流程圖：
Cu₂S$→_{△}^{O_{2}}$Cu$\stackrel{焙燒}{→}$Cu₂O、CuO$\stackrel{足量稀硫酸}{→}$A$\stackrel{操作Ⅰ}{→}$B$\stackrel{蒸發(fā)結(jié)晶過濾}{→}$膽礬
（1）Cu₂S中銅元素的化合價為+1，火法煉銅的反應(yīng)原理是Cu₂S+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+SO₂（用化學(xué)方程式表示）．
（2）若將A中紅色物質(zhì)反應(yīng)掉，操作Ⅰ中加入的試劑最好是C．
A．適量的NaNO₃               B．適量的 HNO₃                C．適量的H₂O₂
（3）若B溶液的體積為0.2L，電解B溶液一段時間后溶液的pH由5變?yōu)?（體積變化忽略不計），此時電解過程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是0.02mol．
（4）Cu、Cu₂O、CuO混合物中加入1L0.5mol/LHNO₃恰好使混合物溶解，同時收集到2240mLNO（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．若將上述混合物用足量的氫氣還原，所得固體的質(zhì)量為12.8g
（5）取5.0g膽礬樣品逐漸升高溫度使其分解，分解過程的熱重曲線如圖所示，258℃時發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：CuSO₄•H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+H₂O，e點對應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)式為Cu₂O（計算過程略去）．

Answer 1

分析 Cu₂S與氧氣加熱生成Cu，焙燒生成Cu₂O、CuO，加入足量稀硫酸，生成硫酸銅和Cu，再加雙氧水，使Cu轉(zhuǎn)化為硫酸銅，蒸發(fā)結(jié)晶過濾得到膽礬，
（1）化合物中各元素化合價的代數(shù)和為0；依據(jù)流程中Cu₂S與O₂反應(yīng)得到Cu寫出方程式即可；
（2）溶解時要加入氧化劑使銅被氧化，且不能引進(jìn)新的雜質(zhì)；
（3）根據(jù)pH變化求出氫離子的物質(zhì)的量變化，根據(jù)電解方程式計算轉(zhuǎn)移的電子數(shù)；
（4）Cu、Cu₂O、CuO混合物中加入1L0.5mol/LHNO₃恰好使混合物溶解，生成硝酸銅和2240mLNO（標(biāo)準(zhǔn)狀況）即0.1mol，根據(jù)氮元素守恒，可知生成硝酸銅的物質(zhì)的量為0.2mol，所以混合物質(zhì)中銅元素的物質(zhì)的量為0.2mol，再根據(jù)銅元素守恒計算；
（5）固體質(zhì)量減少時，膽礬開始分解，根據(jù)減少的質(zhì)量確定b、c段固體的化學(xué)式，從而確定發(fā)生的反應(yīng)，根據(jù)最終剩余固體的質(zhì)量采用假設(shè)的方法確定物質(zhì)的組成．

解答 解：（1）化合物中各元素化合價代數(shù)和為0，O元素的化合價為-2價，所以Cu元素的化合價為+1價；Cu₂S與O₂反應(yīng)得到Cu，Cu的化合價降低，故S的化合價升高，反應(yīng)為：Cu₂S+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+SO₂，
故答案為：+1；Cu₂S+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+SO₂；
（2）溶解時要加入氧化劑使銅被氧化，且不能引進(jìn)新的雜質(zhì)，硝酸具有強氧化性但引進(jìn)雜質(zhì)離子，氫氧化鈉沒有氧化性且能引進(jìn)雜質(zhì)離子，雙氧水具有強氧化性且不引進(jìn)雜質(zhì)離子，故選C；
故答案為：C；
（3）若硫酸銅溶液的體積為0.2L，電解溶液一段時間后溶液的pH由5變?yōu)?，則電解生成的氫離子為0.2L×（0.1-1×10^-5）mol/L=0.02mol，
電極方程式為：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，則n（e^-）=n（H⁺）=0.02mol；
故答案為：0.02mol；
（4）Cu、Cu₂O、CuO混合物中加入1L0.5mol/LHNO₃恰好使混合物溶解，生成硝酸銅和2240mLNO（標(biāo)準(zhǔn)狀況）即0.1mol，根據(jù)氮元素守恒，可知生成硝酸銅的物質(zhì)的量為0.2mol，所以混合物質(zhì)中銅元素的物質(zhì)的量為0.2mol，再根據(jù)銅元素守恒可知混合物用足量的氫氣還原，所得銅的物質(zhì)的量為0.2mol，則其質(zhì)量為12.8g，
故答案為：12.8g；
（5）硫酸銅的物質(zhì)的量=$\frac{5.00g}{250g/mol}$=0.02mol，根據(jù)膽礬的化學(xué)式知，結(jié)晶水的質(zhì)量=0.02mol×5×18g/mol=1.8g，當(dāng)固體質(zhì)量減少1.8g時膽礬完全分解，258℃時，固體減少的質(zhì)量=5.00g-3.20g=1.80g，所以C段固體是硫酸銅，b段物質(zhì)減少的質(zhì)量=5.00g-3.56g=1.44g，則失去的水的物質(zhì)的量=$\frac{1.44g}{18g/mol}$=0.08mol，則固體中剩下水的物質(zhì)的量為0.02mol×5-0.08mol=0.02mol，則b段固體的化學(xué)式為CuSO₄．H₂O，該反應(yīng)方程式為：CuSO₄•H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+H₂O；
e點時固體質(zhì)量為1.44g，銅的質(zhì)量=0.02mol×64g/mol=1.28g，則另一種元素質(zhì)量為1.44g-1.28g=0.16g，如果另一種元素是S元素，則硫的物質(zhì)的量為$\frac{0.16g}{32g/mol}$=0.005mol，銅原子的物質(zhì)的量為0.02mol，則Cu和S的個數(shù)比為4：1，不符合化合價原則，所以另一種元素是氧元素，其物質(zhì)的量為$\frac{0.16g}{16g/mol}$=0.01mol，所以其化學(xué)式為Cu₂O，
故答案為：CuSO₄•H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+H₂O；Cu₂O．

點評 本題考查了物質(zhì)的量的有關(guān)計算，結(jié)合元素化合價變化及氧化還原反應(yīng)來分析解答，難點是（4）題，根據(jù)固體質(zhì)量變化確定每一段物質(zhì)的組成，從而確定每一段發(fā)生的反應(yīng)，難度中等．