Question

19．硫酸銅晶體（CuSO₄•5H₂O）常用作印染行業(yè)的媒染劑，農(nóng)業(yè)和漁業(yè)的殺蟲劑、工業(yè)鍍銅等．
【物質(zhì)制備】某興趣小組同學(xué)查找到以輝銅礦（主要成分是硫化亞銅，化學(xué)式為Cu₂S）為主要原料制備硫酸銅晶體的工業(yè)生產(chǎn)過程：
【資料Ⅰ】硫化亞銅（Cu₂S）能與空氣中的氧氣反應(yīng)生成氧化銅和二氧化硫氣體．

（1）Cu₂S中銅元素的化合價(jià)為+1．
（2）焙燒過程中將輝銅礦研成粉末的目的是增大反應(yīng)物之間的接觸面，加快反應(yīng)速率．焙燒過程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是Cu₂S+2O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CuO+SO₂．
（3）上述“酸溶”過程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是CuO+H₂SO₄=H₂O+CuSO₄．
上述流程中產(chǎn)生的SO₂氣體和水、氧氣反應(yīng)，可用于工業(yè)上生產(chǎn)硫酸．此反應(yīng)的化學(xué)方程式為2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄．
【含量測(cè)定】該興趣小組的同學(xué)為測(cè)定某輝銅礦中硫化亞銅（Cu₂S）的含量進(jìn)行了如下的實(shí)驗(yàn)探究．（假設(shè)輝銅礦中雜質(zhì)不反應(yīng)，每步反應(yīng)均完全，不考慮裝置內(nèi)原有空氣對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響）
甲、乙二個(gè)實(shí)驗(yàn)小組均設(shè)計(jì)了下列裝置，稱取了5g輝銅礦樣品，將樣品研碎后放入如圖2所示的硬質(zhì)玻璃管中，從A處不斷地緩緩?fù)ㄈ肟諝�，高溫灼燒玻璃管中的輝銅礦樣品至反應(yīng)完全并繼續(xù)緩緩?fù)ㄈ胍欢螘r(shí)間的空氣．
甲組同學(xué)僅稱量了上述實(shí)驗(yàn)所需要的相關(guān)裝置質(zhì)量后即完成了測(cè)定．
乙組同學(xué)則在上述反應(yīng)結(jié)束后，將C瓶中的溶液進(jìn)行了如圖3處理：
【資料Ⅱ】亞硫酸鈉（Na₂SO₃）與過氧化氫反應(yīng)能生成硫酸鈉和水．
【問題討論】
（4）上述裝置中A瓶內(nèi)所盛的試劑是NaOH 溶液，其作用是吸收空氣中的CO₂，防止測(cè)得SO₂的質(zhì)量偏大．此反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O．
氣體進(jìn)入C瓶后，C瓶中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NaOH+SO₂═Na₂SO₃+H₂O．
（5）在已知樣品質(zhì)量的情況下，若甲組同學(xué)僅稱量了C裝置實(shí)驗(yàn)前后質(zhì)量即完成了測(cè)定，則D裝置的作用是防止空氣中的二氧化碳進(jìn)入C裝置；若D后還有保護(hù)裝置，甲組同學(xué)稱量了C、D裝置實(shí)驗(yàn)前后質(zhì)量才完成了測(cè)定，則D裝置的作用是吸收水分．
（6）乙組同學(xué)的實(shí)驗(yàn)過程中必須對(duì)濾渣進(jìn)行洗滌，證明濾渣洗凈所用試劑是H₂SO₄溶液，若缺少洗滌操作則會(huì)使測(cè)得的硫化亞銅的含量偏大（選填“偏大”、“偏小”或“不變”）．
（7）乙組同學(xué)通過最終得到的硫酸鋇固體質(zhì)量也能計(jì)算該輝銅礦中硫化亞銅（Cu₂S）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，請(qǐng)你寫出計(jì)算過程（假設(shè)輝銅礦中只有Cu₂S含有S元素，且轉(zhuǎn)化過程中無硫元素的損失）．
（8）甲組同學(xué)僅利用反應(yīng)前后C裝置的質(zhì)量變化也計(jì)算出了硫化亞銅（Cu₂S）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可是發(fā)現(xiàn)結(jié)果比乙組偏小，其原因可能是氣體可能從C裝置中帶出一部分水分．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)在化合物中正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為零，進(jìn)行解答；
（2）加工成粉末是為了增大反應(yīng)物之間的接觸面積，根據(jù)硫化亞銅與氧氣反應(yīng)生成氧化銅和二氧化硫書寫反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（3）氧化銅可以與稀硫酸反應(yīng)、二氧化硫與氧氣和水反應(yīng)生成硫酸書寫反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（4）根據(jù)A瓶的作用是除去空氣中的二氧化碳進(jìn)行分析；
（5）根據(jù)二氧化硫和氫氧化鈉反應(yīng)會(huì)生成亞硫酸鈉和水來分析；
（6）根據(jù)試驗(yàn)流程和注意事項(xiàng)進(jìn)行分析解答；
（7）根據(jù)質(zhì)量守恒定律進(jìn)行分析解答；
（8）根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置來分析．

解答 解：（1）硫化亞銅中硫的化合價(jià)是-2價(jià)，設(shè)銅元素的化合價(jià)為x，根據(jù)在化合物中正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為零，則2x+（-2）=0，解得x=+1．故填：+1；
（2）加工成粉末增大反應(yīng)物之間的接觸面，加快反應(yīng)速率（或使反應(yīng)充分）；硫化亞銅（Cu₂S）能與空氣中的氧氣反應(yīng)生成氧化銅和二氧化硫氣體；故填：增大反應(yīng)物之間的接觸面，加快反應(yīng)速率；Cu₂S+2O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CuO+SO₂；
（3）氧化銅與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和水；二氧化硫與水、氧氣反應(yīng)生成硫酸，故填：CuO+H₂SO₄=H₂O+CuSO₄；2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄；
（4）通過分析可知，A瓶氫氧化鈉溶液的作用是除去空氣中的二氧化碳，C瓶中氫氧化鈉與二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸鈉和水，故填：吸收空氣中的CO₂，防止測(cè)得SO₂的質(zhì)量偏大；2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O；2NaOH+SO₂═Na₂SO₃+H₂O；
（5）D裝置能防止空氣中的二氧化碳進(jìn)入C裝置，D后還有保護(hù)裝置，則D裝置是為了吸收從C中帶出的水蒸氣，故填：防止空氣中的二氧化碳進(jìn)入C裝置；吸收水分；
（6）乙組的實(shí)驗(yàn)過程中洗滌濾渣的目的是：除去沉淀表面的可溶性雜質(zhì)，若未洗滌就直接烘干稱量，則會(huì)使測(cè)定結(jié)果偏大；故填：H₂SO₄；偏大；
（7）由題干信息可知，亞硫酸鈉（Na₂SO₃）與過氧化氫反應(yīng)能生成硫酸鈉，硫酸鈉與氯化鋇溶液反應(yīng)：Na₂SO₄+BaCl₂=BaSO₄↓+2NaCl，由質(zhì)量守恒定律可知，此過程中硫元素的質(zhì)量不變，那么4.66g硫酸鋇中含硫元素的質(zhì)量為4.66g×$\frac{32}{233}$×100%=0.64g．硫化亞銅的質(zhì)量為0.64g÷$\frac{32}{160}$×100%=3.2g，該輝銅礦中硫化亞銅（Cu₂S）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：$\frac{3.2g}{5g}$×100%=64%；故填：64%；
（8）當(dāng)若是生成的二氧化硫氣體不能完全被吸收，而導(dǎo)致質(zhì)量減少，故填：生成的二氧化硫氣體不能完全被吸收．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)成分和含量的測(cè)定，涉及儀器選用、誤差分析、質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算等知識(shí)，具有較強(qiáng)的綜合性，解題時(shí)注意從質(zhì)量守恒的角度分析，本題難度中等．