Question

6．我國(guó)是世界上發(fā)現(xiàn)和使用銅及銅器最早的國(guó)家之一，直到現(xiàn)在銅及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中仍然有著廣泛的應(yīng)用．
（1）工業(yè)上可以用黃銅礦（主要成分CuFeS₂）為原料冶煉銅．主要反應(yīng)如下：
①2CuFeS₂+4O₂═Cu₂S+3SO₂+2FeO      
②2Cu₂S+3O₂═2SO₂+2Cu₂O
③Cu₂S+2Cu₂O═6Cu+SO₂
在③中被氧化與被還原元素原子的物質(zhì)的量之比為1：6；若由3mol CuFeS₂生成3molCu，理論上消耗O₂ 的物質(zhì)的量為7.5mol．
（2）常溫下Cu₂O能溶于稀硫酸，得到藍(lán)色溶液和紅色固體，可以利用該性質(zhì)檢驗(yàn)工業(yè)上冶煉銅得到的粗銅中是否含有Cu₂O，寫(xiě)出此反應(yīng)的離子方程式Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O．
（3）刻蝕印刷電路的廢液中含有大量的CuCl₂、FeCl₂、FeCl₃，任意排放將導(dǎo)致環(huán)境污染和資源的浪費(fèi)，為了使FeCl₃循環(huán)利用和回收CuCl₂，現(xiàn)設(shè)計(jì)如下生產(chǎn)過(guò)程：

①試劑Y的名稱(chēng)鹽酸；物質(zhì)X最好是CuO（填化學(xué)式）．
②若常溫下1L廢液中含CuCl₂、FeCl₂、FeCl₃的物質(zhì)的量濃度均為0.5mol•L^-1，則加入Cl₂氣和物質(zhì)X使溶液的pH在3.0-4.3 范圍時(shí)（設(shè)溶液體積保持不變），鐵元素完全轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，而CuCl₂ 不產(chǎn)生沉淀．（ K_SP[Fe（OH）₃]=1.0×10^-38、K_SP[Cu（OH）₂]=2.0×10^-20、lg5=0.7）

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)③：Cu₂S+2Cu₂O=6Cu+SO₂，Cu元素化合價(jià)由Cu₂S、Cu₂O中+1價(jià)降低為Cu中0價(jià)，Cu原子被氧化，S元素化合價(jià)由Cu₂S中-2價(jià)升高為SO₂中+4價(jià)，S原子被氧化，結(jié)合方程式判斷；
由整個(gè)過(guò)程可知，Cu元素化合價(jià)由+2價(jià)降低為0價(jià)、Fe元素化合價(jià)不變、S元素化合價(jià)由-2價(jià)升高為+4價(jià)，O元素化合價(jià)由0價(jià)降低為-2價(jià)，根據(jù)電子注意守恒計(jì)算氧氣的物質(zhì)的量；
（2）常溫下Cu₂O能溶于稀硫酸，得到藍(lán)色溶液和紅色固體，生成硫酸銅與Cu，根據(jù)元素守恒可知，還生成水，配平書(shū)寫(xiě)離子方程式；
（3）①W中含有CuCl₂、FeCl₃，加入X使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，加入的X由于調(diào)節(jié)溶液pH值，且不引入雜質(zhì)，X為CuO等，氫氧化鐵與Y轉(zhuǎn)化為氯化鐵而重復(fù)利用，Y為鹽酸；
②根據(jù)銅離子濃度計(jì)算溶液的最大pH值，當(dāng)溶液中鐵離子濃度為10^-5mol/L時(shí)沉淀完全，溶液的最小pH值，據(jù)此根據(jù)溶度積計(jì)算溶液中氫氧根濃度，進(jìn)而計(jì)算溶液pH值．

解答 解：（1）反應(yīng)③：Cu₂S+2Cu₂O=6Cu+SO₂，Cu元素化合價(jià)由Cu₂S、Cu₂O中+1價(jià)降低為Cu中0價(jià)，Cu原子被氧化，S元素化合價(jià)由Cu₂S中-2價(jià)升高為SO₂中+4價(jià)，S原子被氧化，故被氧化與被還原元素原子的物質(zhì)的量之比為1：6，
由3mol CuFeS₂生成3molCu，由整個(gè)過(guò)程可知，Cu元素化合價(jià)由+2價(jià)降低為0價(jià)、Fe元素化合價(jià)不變、S元素化合價(jià)由-2價(jià)升高為+4價(jià)，O元素化合價(jià)由0價(jià)降低為-2價(jià)，根據(jù)電子注意守恒可知，4n（O₂）+3mol×2=6mol×[4-（-2）]，解得n（O₂）=7.5mol，
故答案為：1：6；7.5mol；
（2）常溫下Cu₂O能溶于稀硫酸，得到藍(lán)色溶液和紅色固體，生成硫酸銅與Cu，根據(jù)元素守恒可知，還生成水，反應(yīng)離子方程式為：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O，
故答案為：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O；
（3）①W中含有CuCl₂、FeCl₃，加入X使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，加入的X由于調(diào)節(jié)溶液pH值，且不引入雜質(zhì)，X為CuO等，氫氧化鐵與Y轉(zhuǎn)化為氯化鐵而重復(fù)利用，Y為鹽酸，
故答案為：鹽酸；CuO；
②銅離子開(kāi)始沉淀時(shí)，溶液中c（OH^-）=$\sqrt{\frac{Ksp[Cu（OH）_{2}]}{c（C{u}^{2+}）}}$=$\sqrt{\frac{2×1{0}^{-20}}{0.5}}$=2×10^-10mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{2×1{0}^{-10}}$=5×10^-5mol/L，故溶液的最大pH=-lg5×10^-5=4.3，鐵離子濃度開(kāi)始沉淀時(shí)，溶液中c（OH^-）=$\sqrt{\frac{Ksp[Fe（OH）_{3}]}{c（F{e}^{3+}）}}$=$\sqrt{\frac{1.0×1{0}^{-38}}{1×1{0}^{-5}}}$=10^-11mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-11}}$=10^-3mol/L，故溶液的最小pH=-lg10^-3=3.0，故溶液pH應(yīng)控制在3.0～4.3之間，
故答案為：3.0～4.3．

點(diǎn)評(píng) 本題考查氧化還原反應(yīng)計(jì)算及基本概念、工藝流程與條件控制、無(wú)機(jī)物推斷、溶度積的有關(guān)計(jì)算等，難度中等，（1）計(jì)算注意利用始態(tài)、終態(tài)法整體思考，再根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算，為易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)．