Question

18．銅和其化合物是中學化學的重要學習內容．
（1）自然界中各種原生銅的硫化物經氧化、淋濾作用后轉化為硫酸銅溶液，并向溶部滲透，遇到深層的閃鋅礦（ZnS）和方鉛礦（PbS），慢慢地轉變?yōu)殂~藍（CuS）．
①硫化銅與氧氣在淋濾作用下生成硫酸銅，該過程的化學方程式為CuS+2O₂ $\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$CuSO₄．
②滲透到地下深層的硫酸銅溶液遇到閃鋅礦發(fā)生反應的離子方程式為Cu²⁺（aq）+ZnS（s）=CuS（s）+Zn²⁺（aq）；請簡要說明該反應能發(fā)生的原因：在一定條件下，溶解度小的礦物可以轉化為溶解度更小的礦物．
（2）工業(yè)上利用輝銅礦（主要成分是Cu₂S）冶煉銅，為了測定輝銅礦樣品的純度，可將樣品與過量的酸性高錳酸鉀溶液反應，該反應的離子方程式為Cu₂S+2MnO₄^-+8H⁺=2Cu²⁺+SO₄^2-+2Mn²⁺+4H₂O．
（3）工業(yè)上可用多種方法制備硫酸晶體．如圖是利用廢銅屑（含雜質鐵）制備膽礬（硫酸銅晶體）的流程圖．

已知：

溶液中被沉淀離子	Fe3+	Fe2+	Cu2+
完全生成氫氧化物沉淀時，溶液的pH	≥3.7	≥6.4	≥4.4

請回答：
①溶液B中含有的陽離子有Fe²⁺、Fe³⁺、H ⁺、Cu²（填離子符號），氧化劑X宜選用的物質是H₂O₂（填化學式）；
②加入試劑Y是為了調節(jié)pH，試劑Y可以選擇的是CuO或CuCO₃或Cu（OH）₂；
③操作Z的步驟有蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥等．
④將廢銅屑投入到廢酸（含硝酸、硫酸）中可以制備硫酸銅晶體，若某100mL廢酸混合液中，c（HNO₃）=2mol•L^-1、c（H₂SO₄）=4mol•L^-1（不含其他酸或氧化劑），則該廢酸理論上最多能制備硫酸銅晶體（CuSO4•5H2O）的質量為75g．
⑤現(xiàn)有一塊含有銅綠的銅片（假設不含其他雜質）在空氣中灼燒可生成氧化銅等物質，經測定，反應前后固體的質量相同，則該銅片中銅的生銹率為34%[已知：金屬生銹率=（已生銹的金屬質量/金屬的總質量）×100%]．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)題目信息以及質量守恒書寫化學方程式；
②根據(jù)硫化銅溶解度小于硫化鋅，硫酸銅溶液遇到閃鋅礦發(fā)生沉淀轉化反應生成硫化銅；
（2）輝銅礦（主要成分是Cu₂S）和酸性高錳酸鉀溶液反應生成銅離子，硫酸根離子，其中高錳酸根離子被還原為錳離子，結合原則守恒和電荷守恒配平書寫；
（3）①②③由制備實驗流程可知，F(xiàn)e和Cu灼燒，銅與氧氣反應生成CuO，F(xiàn)e與氧氣不反應，加入稀硫酸，反應生成硫酸銅和硫酸亞鐵，硫酸亞鐵會部分氧化硫酸鐵，為了除去二價鐵，由完全生成氫氧化物沉淀時，溶液的pH可知需將二價鐵氧化生成三價鐵，然后調節(jié)pH形成沉淀，過濾除去氫氧化鐵沉淀，濾液經蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥可得膽礬，據(jù)此解答；
④依據(jù)溶液中氫離子物質的量和硝酸根離子物質的量，硫酸根離子物質的量，結合反應3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O中離子定量關系和元素守恒計算分析；
⑤依據(jù)化學方程式灼燒后質量不變，反應消耗的氧氣和生成的二氧化碳和水的質量相同，然后根據(jù)化學方程式結合金屬生銹率=$\frac{已生銹的金屬質量}{金屬的總質量}$×100%計算得到；

解答 解：（1）①硫化銅與氧氣在淋濾作用下生成硫酸銅，反應的化學方程式為：CuS+2O₂ $\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$CuSO₄ ；
故答案為：CuS+2O₂ $\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$CuSO₄ ；
②滲透到地下深層的硫酸銅溶液遇到閃鋅礦，在一定條件下，溶解度小的礦物可以轉化為溶解度更小的礦物，硫化銅溶解性小于硫化鋅，發(fā)生沉淀轉化反應，離子方程式：Cu²⁺（aq）+ZnS（s）=CuS（s）+Zn²⁺（aq）；
故答案為：Cu²⁺（aq）+ZnS（s）=CuS（s）+Zn²⁺（aq）；在一定條件下，溶解度小的礦物可以轉化為溶解度更小的礦物；
（2）輝銅礦（主要成分是Cu₂S）和酸性高錳酸鉀溶液反應生成銅離子，硫酸根離子，其中高錳酸根離子被還原為錳離子，反應的離子方程式為：Cu₂S+2MnO₄^-+8H⁺=2Cu²⁺+SO₄^2-+2Mn²⁺+4H₂O；
故答案為：Cu₂S+2MnO₄^-+8H⁺=2Cu²⁺+SO₄^2-+2Mn²⁺+4H₂O；
（3）①②③由制備實驗流程可知，F(xiàn)e和Cu灼燒，銅與氧氣反應生成CuO，F(xiàn)e與氧氣不反應，加入稀硫酸，反應生成硫酸銅和硫酸亞鐵，硫酸亞鐵會部分氧化硫酸鐵，此時溶液中含有陽離子Fe²⁺、Fe³⁺、H ⁺、Cu²，為了除去二價鐵，由完全生成氫氧化物沉淀時，溶液的pH可知需將二價鐵氧化通過雙氧水氧化生成三價鐵，可通過CuO或CuCO₃或Cu（OH）₂調節(jié)pH形成沉淀，過濾除去氫氧化鐵沉淀，濾液經蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥可得膽礬，據(jù)此解答；
故答案為：①Fe²⁺、Fe³⁺、H ⁺、Cu²；H₂O₂；
②CuO或CuCO₃或Cu（OH）₂；
③蒸發(fā)濃縮；冷卻結晶；
④某含有c（HNO₃）=2mol•L^-1、c（H₂SO₄）=4mol•L^-1的廢酸混合液100mL（不含其它酸或氧化劑），n（H⁺）=0.1L×2mol/L+0.1L×4mol/L×2=1mol，n（NO₃^-）=0.1L×2mol/L=0.2mol，n（SO₄^2-）=0.1L×4mol/L=0.4mol，3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，依據(jù)定量關系可知硝酸根離子全部反應消耗氫離子0.8mol，單質銅0.3mol，所以生成硫酸銅晶體最多為0.3mol，最多能制備硫酸銅晶體（CuSO₄•5H₂O）的質量=0.3mol×250g/mol=75g；
故答案為：75；
⑤含有銅綠的銅片（假設不含其它雜質）在空氣中灼燒至完全反應，經測定，反應前后固體的質量相同，說明反應消耗氧氣質量和生成的二氧化碳、水蒸氣的質量相同，設銅綠中銅的物質的量為x，銅綠的物質的量為y，
 2Cu+O₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ 2CuO，
  x   0.5x
  Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+CO₂+H₂O
    y                 y   y
由反應消耗的氧氣和生成的二氧化碳和水的質量相同，得0.5x×32=18y+44y，解得x：y=31：8
依據(jù)元素守恒計算，金屬生銹率=$\frac{已生銹的金屬質量}{金屬的總質量}$×100%=$\frac{2y×64}{（2y+x）×64}$×100%=$\frac{2×\frac{8}{31}x×64}{（2×\frac{8}{31}x+x）×64}$×100%=34%；
故答案為：34%．

點評 本題考查了銅及其化合物性質分析，化學方程式計算，掌握制備的原理和計算的依據(jù)基礎是關鍵，題目難度中等．