Question

13．銅是人類最早知道的金屬之一，實驗室可用C、H₂還原CuO制取少量的Cu，工業(yè)上主要用火法從黃銅礦中提煉Cu．
I、實驗證明，C還原CuO時既可能生成Cu，也可能生成Cu₂O，即使在C過量時，實驗中CuO也可能部分未被還原．為了測定某次實驗產(chǎn)物的組成，取1.2g C跟8.0g CuO混合加熱，將反應生成的氣體通過足量的澄清石灰水并集氣．一段時間后停止加熱，共收集到560mL氣體（已經(jīng)折算成標準狀況），測得沉淀的質(zhì)量為2.5g．則：
（1）上述實驗中C不完全（填“完全”或“不完全”）參加反應，實驗中收集到的氣體是CO（填寫化學式）
（2）反應后得到的固體混合物總質(zhì)量為7.4g，其中含氧化合物的物質(zhì)的量為0.025mol．
Ⅱ、黃銅礦的主要成分X是由Cu、Fe、S三種元素組成的復鹽，其中Cu、Fe兩種元素的質(zhì)量比為8：7；將m g X粉末全部溶于200 mL的濃HNO₃，反應后的溶液加水稀釋至 2.12 L時測得其pH為0；將稀釋后的溶液分為兩等份，向其中一份溶液中滴加6.057mol/L的NaOH溶液，向另一份溶液中滴加0.600mol/LBa（NO₃）₂溶液，兩溶液中均生成沉淀，且沉淀的質(zhì)量隨所加溶液的體積變化如圖所示：

（3）請通過計算確定m的值；
（4）X的摩爾質(zhì)量為368g/mol，請確定X的化學式Fe₂Cu₂S₄．

Answer 1

分析 I、（1）取1.2g C跟8.0g CuO混合加熱，生成的氣體應為碳的氧化物，即可能為二氧化碳和一氧化碳，將反應生成的氣體通過足量的澄清石灰水后還可收集到氣體，則生成物為一定有一氧化碳，沉淀為碳酸鈣，說明有二氧化碳生成，根據(jù)碳元素守恒進行計算和判斷；
（2）根據(jù)題意可知結(jié)合（1）的判斷可知，反應后得到的固體應包含反應剩余的碳，生成的銅及Cu₂O，根據(jù)碳元素和銅元素守恒可計算出剩余的碳和生成的銅的質(zhì)量，根據(jù)氧元素守恒可計算出反應后生成的固體中所含有的氧元素的物質(zhì)的量，進而確定Cu₂O的質(zhì)量，據(jù)此答題；
Ⅱ、（3）X是由Cu、Fe、S三種元素組成的復鹽，所以該鹽的質(zhì)量就是各種元素的總質(zhì)量和，由圖象數(shù)據(jù)，氫氧化鈉先中和酸，然后將銅離子、鐵離子沉淀，據(jù)此來回答；
（4）根據(jù)物質(zhì)相對分子質(zhì)量的計算來回答．

解答 解：I、（1）沉淀為碳酸鈣，其質(zhì)量為2.5g，則碳酸鈣中含有碳元素的物質(zhì)的量為$\frac{2.5}{100}$mol=0.025mol，收集到560mL氣體應為CO，其物質(zhì)的量為$\frac{0.56}{22.4}$mol=0.025mol，所以生成物中共有碳元素的物質(zhì)的量為0.025mol+0.025mol=0.05mol，而實驗中取用了1.2g C，即為0.1mol，所以碳不完全參加反應，
故答案為：不完全；CO；
（2）根據(jù)題意可知結(jié)合（1）的計算可知，n（CO₂）=n（CO）=0.025mol，所以n（O）=0.075mol0，在8.0g CuO中n（O）=$\frac{8.0}{80}$mol=0.1mol，所以Cu₂O中n（O）=0.1mol-0.075mol=0.025mol，則n（Cu₂O）=0.025mol，m（Cu₂O）=0.025mol×144g/mol=3.6g，剩余碳的質(zhì)量為1.2g-0.05mol×12g/mol=0.6g，生成銅的質(zhì)量為64g/mol×（$\frac{8.0}{80}$mol-0.025mol×2）=3.2g，所以反應后得到的固體混合物總質(zhì)量為3.2g+3.6g+0.6g=7.4g，
故答案為：7.4g；0.025；
Ⅱ、（3）依題意，Cu、Fe兩種元素的質(zhì)量比為8：7，則m g X中：n（Cu）：n（Fe）=$\frac{8}{64}$：$\frac{7}{56}$=1：1，當加水稀釋至 2.12 L時測得其pH為0，此是氫離子濃度為1mol/L，根據(jù)圖示數(shù)據(jù)，氫氧化鈉先中和氫離子，然后將金屬離子轉(zhuǎn)化為沉淀，所以2n（Cu²⁺）+3n（Fe³⁺）=6.05mol•L^-1×0.2L×2-1mol•L^-1×2.12L，
故：n （Cu）=n （Fe）=0.06mol，n （S）=0.600mol•L^-1×0.1L×2=0.12mol，
因此mg=m（Cu）+m（Fe）+m（S）=0.06mol×64g•mol^-1+0.06mol×56g•mol^-1+0.12mol×32g•mol^-1=11.04g，即m的值為11.04．
答：m的值為11.04；
（4）根據(jù)（3）的計算可知，n （Cu）=n （Fe）=0.06mol，n （S）=0.600mol•L^-1×0.1L×2=0.12mol，即n （Cu）：n （Fe）：n （S）=1：1：2，所以可設(shè)X的化學式為（CuFeS₂）_n，則（64+56+32×2）×n=368，解得：n=2，所以X的化學式為Cu₂Fe₂S₄．
故答案為：Cu₂Fe₂S₄．

點評 本題考查學生確定復雜化學式的計算方法，結(jié)合圖象知識考查，增加了難度，要求學生具有分析和解決問題的能力，答題時注意元素守恒思想的靈活運用．