Question

9．某CuS中含有少量不溶于酸的雜質(zhì)，實(shí)驗(yàn)室以該CuS為原料制備CuCl₂•2H₂O晶體，流程如下：
已知：CuS在焙燒過程中，有 Cu₂S、CuO•CuSO₄、CuSO₄、CuO生成，轉(zhuǎn)化順序?yàn)椋?br />CuS$\stackrel{Ⅰ}{→}$Cu₂S$\stackrel{Ⅱ}{→}$CuO•CuSO₄$\stackrel{Ⅲ}{→}$CuSO₄$→_{760}^{Ⅳ}$CuO
（1）請寫出CuS在焙燒過程中第Ⅰ階段的反應(yīng)方程式：2CuS+O₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Cu₂S+SO₂．
（2）在酸溶液時(shí)發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O．
（3）在實(shí)驗(yàn)室中完成系列操作A，需要用到如圖2所示實(shí)驗(yàn)裝置中的b（填字母）．
（4）某化學(xué)課外活動(dòng)小組設(shè)計(jì)如圖3裝置，模擬CuS在焙燒第Ⅳ階段的過程，并驗(yàn)證所得氣體中有SO₂和O₂，已知：濃硫酸可吸收SO₃氣體．
①裝置的正確連接順序是B→D→A→D→C→E（填裝置字母代號(hào)，有的裝置可重復(fù)使用），裝置連接完成后，應(yīng)立即進(jìn)行的一項(xiàng)操作是檢查裝置氣密性．
②裝置B的作用是制得二氧化碳?xì)怏w，排除裝置內(nèi)空氣，裝置E中所裝的試劑是氫氧化鈉溶液．
③能說明第Ⅳ階段所得氣體有SO₂和O₂的現(xiàn)象是C中產(chǎn)生白色沉淀．
④若原CuS樣品的質(zhì)量為12g，在實(shí)驗(yàn)過程中，保持溫度在750℃左右持續(xù)加熱，待樣品充分反應(yīng)后，石英玻璃管內(nèi)所得固體的質(zhì)量為10.4g，則原樣品中CuS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%（假設(shè)各階段銅元素均無損失，雜質(zhì)也不參加反應(yīng)）

Answer 1

分析 CuS在焙燒過程中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，依次有Cu₂S、CuO•CuSO₄、CuSO₄、CuO生成，硫化銅中的硫最終轉(zhuǎn)化成二氧化硫，同時(shí)生成CuO，加入鹽酸，過濾得到氯化銅溶液，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到產(chǎn)品．
（1）第Ⅰ階段是硫化銅與氧氣反應(yīng)生成硫化亞銅和二氧化硫，據(jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（2）酸溶時(shí)是氧化銅與鹽酸反應(yīng)，據(jù)此寫出離子方程式；
（3）操作A實(shí)驗(yàn)的目的是從氯化銅溶液中得到CuCl₂•2H₂O，根據(jù)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶和過濾選擇；
（4）硫酸銅受熱分解所得氣體的成分可能含有SO₃、SO₂、O₂，驗(yàn)證所得氣體中有SO₂和O₂，需排盡A裝置中的空氣，用裝置B制取干燥的二氧化碳，先通入二氧化碳排盡A中的空氣，再對A進(jìn)行加熱，用濃硫酸吸收水和三氧化硫，進(jìn)入氯化鋇溶液的氣體只有二氧化硫和氧氣，當(dāng)氯化鋇中產(chǎn)生白色沉淀，說明所得氣體有有SO₂和O₂，再用E進(jìn)行尾氣吸收．
①由分析可知實(shí)驗(yàn)裝置的正確連接順序；實(shí)驗(yàn)前必須檢查裝置的氣密性；
②裝置B的作用是制得二氧化碳?xì)怏w，排除裝置內(nèi)空氣；二氧化硫有毒，且是酸性氧化物，可用氫氧化鈉溶液吸收；
③只有二氧化硫通入氯化鋇溶液時(shí)，不發(fā)生反應(yīng)，無明顯現(xiàn)象，若同時(shí)有氧氣通入，會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀；
④硫化銅中有不反應(yīng)的雜質(zhì)，反應(yīng)前是CuS和雜質(zhì)12g，最終是CuO和雜質(zhì)10.4g，質(zhì)量差為12g-10.4g=1.6g，等于硫元素與氧元素的質(zhì)量差，則CuS物質(zhì)的量應(yīng)為0.1mol，計(jì)算出其質(zhì)量，再算出質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：CuS在焙燒過程中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，依次有Cu₂S、CuO•CuSO₄、CuSO₄、CuO生成，硫化銅中的硫最終轉(zhuǎn)化成二氧化硫，同時(shí)生成CuO，加入鹽酸，過濾得到氯化銅溶液，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到產(chǎn)品．
（1）根據(jù)CuS礦樣在焙燒過程中轉(zhuǎn)化順序可知，第Ⅰ階段反應(yīng)為硫化銅轉(zhuǎn)化成硫化亞銅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2CuS+O₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Cu₂S+SO₂，
故答案為：2CuS+O₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Cu₂S+SO₂；
（2）酸溶時(shí)是氧化銅與鹽酸反應(yīng)，離子反應(yīng)方程式為：，
故答案為：CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O；
（3）操作A實(shí)驗(yàn)的目的是從氯化銅溶液中得到CuCl₂•2H₂O，需要的操作方法按照操作順序依次是：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶和過濾，所以需要的裝置為b，故答案為：b；
（4）硫酸銅受熱分解所得氣體的成分可能含有SO₃、SO₂、O₂，驗(yàn)證所得氣體中有SO₂和O₂，需排盡A裝置中的空氣，用裝置B制取干燥的二氧化碳，先通入二氧化碳排盡A中的空氣，再對A進(jìn)行加熱，用濃硫酸吸收水和三氧化硫，進(jìn)入氯化鋇溶液的氣體只有二氧化硫和氧氣，當(dāng)氯化鋇中產(chǎn)生白色沉淀，說明所得氣體有有SO₂和O₂，再用E進(jìn)行尾氣吸收．
①由分析可知實(shí)驗(yàn)裝置的正確連接順序是B→D→A→D→C→E，反應(yīng)裝置有多個(gè)儀器組合而成，實(shí)驗(yàn)前必須檢查裝置的氣密性，
故答案為：B；A；D；C；E；檢查裝置氣密性；
②裝置B的作用是制得二氧化碳?xì)怏w，排除裝置內(nèi)空氣；二氧化硫有毒，污染空氣，可用氫氧化鈉溶液吸收，則E中的試劑是氫氧化鈉溶液，
故答案為：制得二氧化碳?xì)怏w，排除裝置內(nèi)空氣；氫氧化鈉溶液；
③只有二氧化硫通入氯化鋇溶液時(shí)，不發(fā)生反應(yīng)，無明顯現(xiàn)象，若同時(shí)有氧氣通入，會(huì)生成硫酸鋇沉淀，所以當(dāng)C中有白色沉淀產(chǎn)生時(shí)，說明產(chǎn)生的氣體中有二氧化硫和氧氣，
故答案為：C中產(chǎn)生白色沉淀；
④硫化銅中有不反應(yīng)的雜質(zhì)，反應(yīng)前是CuS和雜質(zhì)12g，最終是CuO和雜質(zhì)10.4g，質(zhì)量差為12g-10.4g=1.6g，等于硫元素與氧元素的質(zhì)量差，則CuS物質(zhì)的量應(yīng)為0.1mol，質(zhì)量為0.1mol×96g/mol=9.6g，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{9.6g}{12g}$×100%=80%，
故答案為：80%．

點(diǎn)評 本題考查CuCl₂•2H₂O晶體的制備方法、性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)等，題目難度較大，最后的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算是難點(diǎn)，容易忽略雜質(zhì)不參加反應(yīng)，錯(cuò)誤認(rèn)為10.4g就是氧化銅的質(zhì)量，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力．