Question

16．銅和銅合金廣泛用于電氣、機械制造、建筑工業(yè)、國防工業(yè)等領(lǐng)域．
（1）以含Cu₂S₈0%的精輝銅礦為原料冶煉金屬銅（Cu₂S+O₂$\stackrel{高溫}{→}$2Cu+SO₂）．若生產(chǎn)含Cu量97.5%的粗銅48t，則生產(chǎn)SO₂8.19×10⁶L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）；需要精輝銅礦73.1t（保留一位小數(shù)）．
（2）高溫時，Cu₂S和O₂在密閉容器中實際發(fā)生的反應(yīng)為以下兩步：2Cu₂S+3O₂$\stackrel{高溫}{→}$2Cu₂O+2SO₂2Cu₂O+Cu₂S$\stackrel{高溫}{→}$6Cu+SO₂↑取amol Cu₂S和bmol空氣（設(shè)氧氣占空氣體積的20%）在高溫下充分反應(yīng)．根據(jù)下列幾種情況回答問題（反應(yīng)前后溫度、容器體積不變）：
①若反應(yīng)后剩余固體只有Cu，則a和b的關(guān)系是b=5a．
②若反應(yīng)后剩余固體是Cu₂S和Cu，則反應(yīng)前容器內(nèi)壓強（P₁）與反應(yīng)后容器內(nèi)壓強（P₂）的關(guān)系是P₁=P₂．
③若反應(yīng)后容器內(nèi)的壓強小于反應(yīng)前，通過分析，確定反應(yīng)前后容器內(nèi)固體的成分．
（3）可用純度為80%的精輝銅礦制備膽礬．稱取8.0g礦樣，溶解在40mL14.0mol/L的濃硝酸中（雜質(zhì)不反應(yīng)），反應(yīng)為：2Cu₂S+14H⁺+10NO₃^-→4Cu²⁺+2SO₄^2-+5NO↑+5NO₂↑+7H₂O，過濾后向所得溶液再加入適量的銅和稀硫酸，充分反應(yīng)前后，將該溶液蒸發(fā)結(jié)晶．計算理論上最多可得到CuSO₄•5H₂O晶體多少克？

Answer 1

分析 （1）令日均產(chǎn)含Cu量97.5%的粗銅48t需要含Cu₂S80%的精輝銅礦質(zhì)量為x，根據(jù)關(guān)系式進行計算，根據(jù)硫守恒計算日均產(chǎn)SO₂標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積；
（2）①將兩已知方程式相加得目標(biāo)方程式，根據(jù)方程式求解；②Cu₂S+O₂=2Cu+SO₂反應(yīng)前后氣體的體積未變；③根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式或關(guān)系式，從元素守恒的角度分析并解答；
（3）用純度為80%的精輝銅礦制備膽礬，8.0g礦樣中的銅全部轉(zhuǎn)化為硫酸銅，硝酸溶解銅，后加入的銅全部轉(zhuǎn)化為硫酸銅，所以理論上最多可得到CuSO₄•5H₂O的物質(zhì)的量為精輝銅鐘的銅加硝酸溶解的銅．

解答 解：（1）設(shè)日均產(chǎn)SO₂標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為y，根據(jù)元素守恒：
2Cu～～～～～Cu₂S～～～～SO₂
128t          1          1
48×97.5%t    1         $\frac{y}{22.4}$
所以48×97.5%t：$\frac{y}{22.4}$=128t：1
解得y=8.19×10⁶，
設(shè)需精輝銅礦的質(zhì)量為x，根據(jù)元素守恒：
Cu₂S～～～～～2Cu
160t         128t
x×80%     48×97.5%t
所以x•80%：48×97.5%t=160t：128t
解得x=73.1t
故答案為：8.19×10⁶；73.1t；
（2）①反應(yīng)后固體全部是Cu時，則：2Cu₂S+3O₂$\stackrel{高溫}{→}$2Cu₂O+2SO₂ 2Cu₂O+Cu₂S$\stackrel{高溫}{→}$6Cu+SO₂↑，兩方程式相加得：
Cu₂S+O₂=2Cu+SO₂
a   0.2b           解得b=5a
故答案為：b=5a；
②Cu₂S+O₂=2Cu+SO₂，反應(yīng)后固體為Cu₂S、Cu時，氧氣不足，但反應(yīng)前后氣體的體積未變，所以P₁=P₂，
故答案為：P₁=P₂；
③2Cu₂S+3O₂$\stackrel{高溫}{→}$2Cu₂O+2SO₂，消耗3mol氧氣生成2mol二氧化硫，當(dāng)產(chǎn)物為Cu₂O時，反應(yīng)后容器內(nèi)的壓強小于反應(yīng)前，Cu₂S+O₂=2Cu+SO₂，反應(yīng)后固體為Cu時，反應(yīng)前后氣體的體積未變，P₁=P₂，但反應(yīng)后固體為Cu₂O、Cu時，反應(yīng)后容器內(nèi)的壓強小于反應(yīng)前，所以反應(yīng)后容器內(nèi)的壓強小于反應(yīng)前，反應(yīng)前為Cu₂S，反應(yīng)后容器內(nèi)固體的成分為Cu₂O或Cu和Cu₂O，
故答案為：Cu₂O或Cu和Cu₂O；
（3）純度為80%的精輝銅礦8.0g礦樣，含銅n（Cu）=$\frac{8g×80%}{160g/mol}×2$=0.08mol，可生成n（CuSO₄•5H₂O）=0.08mol，礦樣溶解在40mL14.0mol/L的濃硝酸中（雜質(zhì)不反應(yīng)），2Cu₂S+14H⁺+10NO₃^-→4Cu²⁺+2SO₄^2-+5NO↑+5NO₂↑+7H₂O消耗硝酸n（HNO₃）=$\frac{8g×80%}{160g/mol}×\frac{10}{2}$=0.2mol，過濾后向所得溶液再加入適量的銅和稀硫酸，相當(dāng)于銅溶解在稀硝酸中，然后全部轉(zhuǎn)化為硫酸銅晶體，n（HNO₃）=（0.56-0.2）mol=0.36mol，2NO₃^-+3Cu+8H⁺═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，溶解銅n（Cu）=$\frac{0.36mol}{2}×3$=0.54mol，則消耗的銅的總的物質(zhì)的量為n（Cu）=0.54mol+0.08mol=0.62mol，根據(jù)銅原子守恒，理論上最多可得到CuSO₄•5H₂O晶體m（CuSO₄•5H₂O）=n×M=0.62mol×250g/mol=155g，
故答案為：155．

點評 本題考查化學(xué)方程式的相關(guān)計算，題目難度中等，側(cè)重考查學(xué)生分析計算能力，注意極限法與守恒法的應(yīng)用，注意過量計算的方法．