Question

某實驗小組用工業廢棄固體（主要成分為Cu₂S和Fe₂O₃）制備有關物質，整個流程如下圖所示。請回答：

（1）氣體a的化學式為                   。

（2）溶液B加入硫酸酸化后再加入適宜氧化劑X得到溶液C，寫出該反應的離子方程式          。

（3）制備硫酸銅溶液。常溫下，O₂、銅粉和稀硫酸三者在一起，幾乎不反應，當加入溶液D后，隨即生成硫酸銅。經理閱資料發現FeSO₄對銅的氧化起催化作用。

A.第一步反應的離子方程式為：4Fe^2＋＋O₂＋4H^＋=4Fe^3＋＋2H₂O，則第二步反應的郭子方程式為      。

B.⑦操作中，配制Fe₂(SO₄)₃溶液時應注意                       。

（4）操作⑧的目的是得到較純的硫酸銅溶液。加入適宜試劑Y調節pH至鐵元素全部沉淀（離子濃度小于10^－5mol/L），然后再過濾，濃縮、結晶等，則pH至少調節為_____。

已知：Ksp[Cu(OH)₂]≈1×10^－22，Ksp[Fe(OH)₂] ≈1×10^－16，Ksp[Fe(OH)₃] ≈1×10^－38

（5）科學家發現納米級的Cu₂O在太陽光照射下可以催化分解水。

A.一定溫度下，在2L密閉容器中加入納米級Cu₂O，通入2mol水蒸氣，發生如下反應：

2H₂O(g)＝2H₂(g)＋O₂(g)   △H＝＋484kJ/mol

20min末測得n(O₂)＝0.16mol，則這段時間的反應速率υ(H₂)＝_________；該溫度下，此反應的平衡常數表達式K＝___________________。

B.已知：2Cu₂O(s)＋O₂(g)＝4CuO(s)   △H＝－292kJ/mol

2C(s)＋O₂(g)＝2CO(g)    △H＝－221kJ/mol

請寫出炭粉還原CuO(s)制備Cu₂O(s)的熱化學方程式_________________。

 

Answer 1

【答案】

（除去注明外，每空2分，共14分）（1）SO₂(1分)

（2）2Fe^2＋＋H₂O₂＋2H^＋＝2Fe^3＋＋2H₂O或4Fe^2＋＋O₂＋4H^＋＝4Fe^3＋＋2H₂O

（3）2Fe^3＋＋Cu＝2Fe^2＋＋Cu^2＋；向配制溶液中加入少量的硫酸防止水解或將Fe₂(SO₄)₃溶解在稀硫酸中，再加水稀釋 （4）3 （5）0.008mol/(L·min)（單位占1分）；（1分）；

2CuO(s)＋C(s)＝CO(g)＋Cu₂O(s)  △H＝＋35.5 kJ/mol

【解析】

試題分析：（1）Cu₂S灼燒生成SO₂和銅，反應的化學方程式是Cu₂S＋O₂2Cu＋SO₂↑，因此氣體a是SO₂。

（2）固體A是氧化鐵和銅的混合物，加入稀硫酸固體溶解生成硫酸鐵，進而硫酸鐵又溶解銅，所以溶液A是硫酸鐵、硫酸亞鐵、硫酸銅以及硫酸的混合液。加入過量的鐵粉后生成硫酸亞鐵和銅，所以固體B是銅和鐵的混合物，溶液B是硫酸亞鐵。要得到硫酸鐵晶體，則需要將硫酸亞鐵氧化生成硫酸鐵，因此氧化劑X可以是雙氧水或氧氣，有關的離子方程式是2Fe^2＋＋H₂O₂＋2H^＋＝2Fe^3＋＋2H₂O或4Fe^2＋＋O₂＋4H^＋＝4Fe^3＋＋2H₂O。

（3）由于鐵離子具有氧化性，能把銅氧化生成銅離子，而鐵離子又被還原生成亞鐵離子，因此第二步反應的離子方程式是2Fe^3＋＋Cu＝2Fe^2＋＋Cu^2＋；由于鐵離子易水解生成氫氧化鐵，所以配制硫酸鐵溶液時，要防止鐵離子水解，因此正確的操作應該是向配制溶液中加入少量的硫酸防止水解或將Fe₂(SO₄)₃溶解在稀硫酸中，再加水稀釋。

（4）溶液E是硫酸銅和硫酸亞鐵的混合液，根據溶度積常數可知，要得到硫酸銅溶液，需要除去亞鐵離子。由于氫氧化亞鐵的溶度積常數大于氫氧化銅的，但氫氧化鐵的溶度積常數小于氫氧化銅的，所以應該加入氧化劑將亞鐵離子氧化成鐵離子。根據氫氧化鐵的溶度積常數可知，要調節pH至鐵元素全部沉淀（離子濃度小于10^－5mol/L），溶液中的OH^－應該為＝10^－11mol/L，所以pH至少調節為3。

（5）20min末測得n(O₂)＝0.16mol，則根據方程式可知，生成氫氣是0.16mol×2＝0.32mol，其濃度是0.32mol÷2L＝0.16mol/L，因此氫氣的反應速率υ(H₂)＝0.16mol/L÷20min＝0.008mol/(L·min)。化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，因此根據方程式可知該溫度下，此反應的平衡常數表達式K＝；根據反應①：2Cu₂O(s)＋O₂(g)＝4CuO(s)   △H＝－292kJ/mol和反應②：2C(s)＋O₂(g)＝2CO(g)    △H＝－221kJ/mol并依據蓋斯定律可知，（②－①）÷2即得到反應2CuO(s)＋C(s)＝CO(g)＋Cu₂O(s)，所以該反應的反應熱△H＝（－221kJ/mol＋292kJ/mol）÷2＝＋35.5 kJ/mol。

考點：考查氧化還原反應產物判斷、方程式書寫、硫酸鐵配制、溶度積常數的有關應用、反應速率的計算、平衡常數以及熱化學方程式的書寫等