Question

9．工業(yè)上用輝銅礦（主要成分Cu₂S，含F(xiàn)e₃O₄、SiO₂雜質(zhì)）為原料，生產(chǎn)硫酸銅晶體的工藝流程如下：

已知：①固體B為氧化物組成的混合物　�、赱Cu（NH₃）₄]²⁺（aq）═Cu²⁺（aq）+4NH₃（aq）
（1）氣體X是SO₂，高溫下在過量空氣中煅燒輝銅礦時(shí)，Cu₂S發(fā)生反應(yīng)的方程式為：Cu₂S+2O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CuO+SO₂．
（2）固體B酸溶時(shí)加入稀硫酸和H₂O₂，目的是溶解CuO、Fe₃O₄，并將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，不用濃硫酸的原因是濃硫酸與Fe²⁺反應(yīng)會(huì)生成對(duì)環(huán)境有污染的SO₂．
（3）由溶液E獲得硫酸銅晶體的實(shí)驗(yàn)操作I的方法是蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶、過濾、洗滌、烘干．
（4）0.80gCuSO₄•5H₂O樣品受熱脫水過程的熱重曲線（樣品質(zhì)量隨溫度變化的曲線）如圖所示．

①試確定200℃時(shí)固體物質(zhì)的化學(xué)式CuSO₄•H₂O；
②取270℃所得樣品，于570℃灼燒得到的主要產(chǎn)物是黑色粉末和一種氧化性氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為CuSO₄ $\frac{\underline{\;570℃\;}}{\;}$CuO+SO₃↑．把該黑色粉末溶解于稀硫酸中，經(jīng)濃縮、冷卻，有晶體析出，該晶體的化學(xué)式為CuSO₄ $\frac{\underline{\;570℃\;}}{\;}$CuO+SO₃↑；，其存在的最高溫度是102℃．

Answer 1

分析 輝銅礦通入氧氣充分煅燒，生成二氧化硫氣體和固體CuO、Fe₃O₄，加入鹽酸得到含有Cu²⁺、Fe³⁺的溶液，加入過量氨水，可得到[Cu（NH₃）₄]²⁺和Fe（HO）₃，[Cu（NH₃）₄]²⁺經(jīng)加熱可得到CuO，加入硫酸得到硫酸銅溶液，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶后可得到硫酸銅晶體，
（1）根據(jù)圖示，Cu₂S與O₂的反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)生成銅和二氧化硫；
（2）固體B為氧化物組成的混合物，酸溶時(shí)加入稀硫酸和H₂O₂，目的是溶解CuO、Fe₃O₄，并將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；根據(jù)濃硫酸氧化Fe²⁺反應(yīng)會(huì)生成對(duì)環(huán)境有污染的SO₂；
（3）由溶液E獲得硫酸銅晶體的實(shí)驗(yàn)操作I的方法是蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶、過濾、洗滌、烘干；
（4）①由圖分析可知，CuSO₄•5H₂O受熱到102℃時(shí)開始脫水分解，113℃時(shí)可得到較穩(wěn)定的一種中間物，到258℃時(shí)才會(huì)繼續(xù)分解；在200℃時(shí)失去的水的質(zhì)量為0.80g-0.57g=0.23g，根據(jù)相應(yīng)的化學(xué)方程式即可確定此時(shí)固體物質(zhì)的化學(xué)式；
②溫度為570℃灼燒得到的黑色粉末是CuO，氧化性氣體則為SO₃，反應(yīng)方程式為：CuSO₄ $\frac{\underline{\;570℃\;}}{\;}$CuO+SO₃↑；CuO與稀硫酸反應(yīng)的產(chǎn)物是硫酸銅和水，蒸發(fā)濃縮、冷卻得到的晶體為CuSO₄•5H₂O；根據(jù)圖象分析其存在的最高102℃．

解答 解：輝銅礦通入氧氣充分煅燒，生成二氧化硫氣體和固體CuO、Fe₃O₄，加入鹽酸得到含有Cu²⁺、Fe³⁺的溶液，加入過量氨水，可得到[Cu（NH₃）₄]²⁺和Fe（HO）₃，[Cu（NH₃）₄]²⁺經(jīng)加熱可得到CuO，加入硫酸得到硫酸銅溶液，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶后可得到硫酸銅晶體，
（1）根據(jù)圖示，Cu₂S與O₂的反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)生成銅和二氧化硫，方程式為：Cu₂S+2O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CuO+SO₂，所以氣體X是SO₂；
故答案為：SO₂；Cu₂S+2O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CuO+SO₂；
（2）固體B為氧化物組成的混合物，酸溶時(shí)加入稀硫酸和H₂O₂，目的是溶解CuO、Fe₃O₄，并將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；因?yàn)闈饬蛩嵫趸疐e²⁺反應(yīng)會(huì)生成對(duì)環(huán)境有污染的SO₂，所以不用，
故答案為：溶解CuO、Fe₃O₄，并將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；濃硫酸與Fe²⁺反應(yīng)會(huì)生成對(duì)環(huán)境有污染的SO₂；
（3）由溶液E獲得硫酸銅晶體的實(shí)驗(yàn)操作I的方法是蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶、過濾、洗滌、烘干，
故答案為：過濾、洗滌；
（4）①CuSO₄•5H₂O受熱到102℃時(shí)開始脫水分解，113℃時(shí)可得到較穩(wěn)定的一種中間物，到258℃時(shí)才會(huì)繼續(xù)分解．在200℃時(shí)失去的水的質(zhì)量為0.80g-0.57g=0.23g，
根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式：
CuSO₄•5H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄•（5-n）H₂O+nH₂O
250                           18n
0.80g                      0.80g-0.57g=0.23g
$\frac{250}{18n}=\frac{0.80g}{0.23g}$，解得n=4，
200℃時(shí)該固體物質(zhì)的化學(xué)式為CuSO₄•H₂O，
故答案為CuSO₄•H₂O；
②溫度為570℃灼燒得到的黑色粉末應(yīng)是CuO，氧化性氣體則為SO₃，反應(yīng)方程式為：CuSO₄ $\frac{\underline{\;570℃\;}}{\;}$CuO+SO₃↑；CuO與稀硫酸反應(yīng)的產(chǎn)物是硫酸銅和水，蒸發(fā)濃縮、冷卻得到的晶體為CuSO₄•5H₂O；其存在的最高102℃，
故答案為：CuSO₄ $\frac{\underline{\;570℃\;}}{\;}$CuO+SO₃↑； CuSO₄•5H₂O；102℃．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)分離提純的方法和流程判斷，主要是物質(zhì)性質(zhì)的理解應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)基本操作，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．