Question

銅及其化合物在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技和日常生活中有廣泛應用．
（1）工業(yè)上利用輝銅礦（主要成分是Cu₂S）冶煉銅．為了測定輝銅礦樣品的純度，用酸性高錳酸鉀溶液反應，寫出該反應的離子方程式

 

．
（2）工業(yè)上利用廢銅屑、廢酸（含硝酸、硫酸）為主要原料制備硫酸銅晶體．某含有c（HNO₃）=2mol?L^-1，c（H₂SO₄）=4mol?L^-1的廢酸混合液100mL（不含其它酸或氧化劑），最多能制備硫酸銅晶體（CuSO₄?5H₂O）的質(zhì)量為

 

．
（3）現(xiàn)有一塊含有銅綠的銅片（假設不含其它雜質(zhì)）在空氣中灼燒至完全反應，經(jīng)測定，反應前后固體的質(zhì)量相同．
①固態(tài)銅與適量氧氣反應，能量變化如圖所示，寫出固態(tài)銅與氧氣反應生成1mol固態(tài)氧化亞銅的熱化學方程式

 

．
②上述銅片中銅的生銹率為

 

（金屬生銹率=

已生銹的金屬質(zhì)量

金屬的總質(zhì)量

×100%）．
（4）自然界中各種原生銅的硫化物經(jīng)氧化、淋濾作用后轉化為硫酸銅溶液，并向深部滲透，遇到深層的閃鋅礦（ZnS）和方鉛礦（PbS），慢慢地轉變?yōu)殂~藍（CuS）．
①硫化銅與氧氣在淋濾作用下生成硫酸銅等，該過程的化學方程式為

 

．
②寫出滲透到地下深層的硫酸銅溶液遇到閃鋅礦發(fā)生反應的離子方程式

 

，請用簡短的語言解釋該反應發(fā)生的原理

 

．

Answer 1

考點：銅金屬及其重要化合物的主要性質(zhì),反應熱和焓變

專題：元素及其化合物

分析：（1）輝銅礦（主要成分是Cu₂S）冶煉銅，和酸性高錳酸鉀溶液反應生成銅離子，硫酸根離子，高錳酸根離子被還原為錳離子，結合原則守恒和電荷守恒配平書寫；、
（2）依據(jù)溶液中氫離子物質(zhì)的量和硝酸根離子物質(zhì)的量，硫酸根離子物質(zhì)的量，結合反應3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，中離子定量關系和元素守恒計算分析；
（3）①依據(jù)圖象書寫反應過程中的熱化學方程式，結合個數(shù)定量計算所需熱化學方程式；
②依據(jù)化學方程式灼燒后質(zhì)量不變，反應的氧氣和生成的二氧化碳和水的質(zhì)量相同，結合金屬生銹率=

已生銹的金屬質(zhì)量

金屬的總質(zhì)量

×100%，計算得到；
（4）①依據(jù)硫化銅與氧氣在淋濾作用下生成硫酸銅書寫化學方程式；
②依據(jù)硫化銅溶解度小于硫化鋅，硫酸銅溶液遇到閃鋅礦發(fā)生沉淀轉化反應生成硫化銅；

解答： 解：（1）輝銅礦（主要成分是Cu₂S）冶煉銅，和酸性高錳酸鉀溶液反應生成銅離子，硫酸根離子，高錳酸根離子被還原為錳離子，反應的離子方程式為：Cu₂S+2MnO₄^-+8H⁺=2Cu²⁺+SO₄^2-+2Mn²⁺+4H₂O；
故答案為：Cu₂S+2MnO₄^-+8H⁺=2Cu²⁺+SO₄^2-+2Mn²⁺+4H₂O；
（2）某含有c（HNO₃）=2mol?L^-1，c（H₂SO₄）=4mol?L^-1的廢酸混合液100mL（不含其它酸或氧化劑），n（H⁺）=0.1L×2mol/L+0.1L×4mol/L×2=1mol，n（NO₃^-）=0.1L×2mol/L=0.2mol，n（SO₄^2-）=0.1L×4mol/L=0.4mol，3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，依據(jù)定量關系可知硝酸根離子全部反應消耗氫離子0.8mol，銅0.3mol，所以生成硫酸銅晶體最多為0.3mol，最多能制備硫酸銅晶體（CuSO₄?5H₂O）的質(zhì)量=0.3mol×250g/mol=75g；
故答案為：75g；
（3）①依據(jù)圖象分析書寫熱化學方程式：①2Cu（s）+

1

2

O₂（g）=2CuO（s）△H=-

a

2

KJ/mol，②2Cu₂O（s）+O₂（g）=4CuO（s）△H=-bKJ/mol；
依據(jù)蓋斯定律計算（①×2-②）×

1

2

得到2Cu（s）+

1

2

O₂（g）=Cu₂O（s）△H=-（

a-b

2

）kJ?mol^-1；
故答案為：2Cu（s）+

1

2

O₂（g）=Cu₂O（s）△H=-（

a-b

2

）kJ?mol^-1；
②含有銅綠的銅片（假設不含其它雜質(zhì)）在空氣中灼燒至完全反應，經(jīng)測定，反應前后固體的質(zhì)量相同，說明反應的氧氣質(zhì)量和生成的二氧化碳、水蒸氣的質(zhì)量相同計算得到，設銅綠中銅物質(zhì)的量為x，銅綠物質(zhì)的量為y，
2Cu+O₂

△   .

2CuO，
x    0.5x
Cu₂（OH）₂CO₃

△   .

2CuO+CO₂+H₂O
y                   y    y
0.5x×32=18y+44y
x：y=31：8
依據(jù)元素守恒計算，金屬生銹率=

已生銹的金屬質(zhì)量

金屬的總質(zhì)量

×100%=

2y×64

(2y+x)×64

×100%=

2× 8 31 x×64

(2× 8 31 x+x)×64

×100%=34%；
故答案為：34%；
（4）①硫化銅與氧氣在淋濾作用下生成硫酸銅，反應的化學方程式為：CuS+2O₂ 

一定條件  .

 CuSO₄ ；
故答案為：CuS+2O₂ 

一定條件  .

 CuSO₄ ；
②滲透到地下深層的硫酸銅溶液遇到閃鋅礦，在一定條件下，溶解度小的礦物可以轉化為溶解度更小的礦物（或在相同條件下，由于K_SP（CuS）小于K_SP（ZnS），故反應可以發(fā)生），硫化銅溶解性小于硫化鋅，發(fā)生沉淀轉化反應，反應的離子方程式：Cu²⁺（aq）+ZnS（s）=CuS（s）+Zn²⁺（aq）；
故答案為：Cu²⁺（aq）+ZnS（s）=CuS（s）+Zn²⁺（aq）在一定條件下，溶解度小的礦物可以轉化為溶解度更小的礦物（或在相同條件下，由于K_SP（CuS）小于K_SP（ZnS），故反應可以發(fā)生）．

點評：本題考查了銅及其化合物性質(zhì)分析判斷，化學方程式計算應用，沉淀轉化原理的應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．