Question

（2013?棗莊二模）某實驗小組敷衍工業廢棄固體（主要成分為Cu₂SFe₂SO₃）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

SO₂

．
（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

2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O

．
（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：4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe3⁺+2H₂O，則第二步反應的郭子方程式為

2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺

．
B．⑦操作中，配制Fe₂（SO₄）₃溶液時應注意

向配制溶液中加入少量硫酸防止水解或將硫酸鐵溶解在稀硫酸中，再加水稀釋

．
（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^-1），然后再過濾，濃縮、結晶等，則pH至少調節為

3

．
已知：K_sp[Cu（OH）₂]≈1×10²²，K_sp[Fe（OH）₂]≈1×10^-16，K_sp[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^-1
20min末測得n（O₂）=0.16mol，則這段時間的反應速率v（H₂）=

8×10^-3mol?L^-1?min^-1

；該溫度下，此反應的平衡常數表達式K=

[O2][H2]2

[H2O]2

．
B．已知：2Cu₂O（s）+O₂（g）═4Cu₂O（s）△H=-292kJ?mol^-1 2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ?mol^-1
請寫出炭粉還原CuO（s）制備Cu₂O（s）的熱化學方程式

2CuO（s）+C（s）═Cu₂O（s）+CO（s）△H=+35.5kJ?mol^-1

．

Answer 1

分析：（1）根據化學式Cu₂SFe₂SO₃判斷生成的氣體只能是二氧化硫氣體；
（2）加入的氧化劑不能引進新的雜質，所以氧化劑為雙氧水；
（3）A、根據FeSO₄對銅的氧化起催化作用，亞鐵離子反應前后變化變化，可以寫出第二步離子反應方程式；
B、注意三價鐵離子能夠在溶液中發生水解，加入硫酸抑制了鐵離子的水解；
（4）依據Ksp和一般認為鐵離子的濃度下降到10^-5mol?L^-1，就認為沉淀完全，計算溶液PH；
（5）A、根據反應速率計算公式及平衡常數表達式完成；
B、根據已知熱化學方程式和蓋斯定律，寫出CuO（s）制備Cu₂O（s）的熱化學方程式．

解答：解：（1）根據化學式組成分析，煅燒Cu₂SFe₂SO₃得到的氣體為二氧化硫，
故答案為：SO₂；
（2）由于加入加入的氧化劑不能引進新的雜質，所以氧化劑為雙氧水，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（3）A、FeSO₄對銅的氧化起催化作用，亞鐵離子反應前后變化變化，所以第二步反應的離子方程式為：2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺，
故答案為：2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺；
B、由于鐵離子在溶液中水解，配制時加入少量的硫酸防止鐵離子水解，
故答案為：向配制溶液中加入少量硫酸防止水解或將硫酸鐵溶解在稀硫酸中，再加水稀釋；
（4）K_sp[Fe（（OH）₃]≈10^-38 ，依據沉淀溶解平衡可知，c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=10^-38，一般認為鐵離子的濃度下降到10^-5mol?L^-1，
c（OH^-）=10^-11mol/L，c（H⁺）=10^-3mol/L，pH=3，
故答案為：3；
（5）A、根據反應方程式可知，n（H₂）=2n（O₂）=0.16mol×2=0.32mol，氧氣的濃度為：

0.32mol

2L

=0.16mol/L，
這段時間的反應速率v（H₂）=

0.16mol/L

20min

=8×10^-3mol?L^-1?min^-1，
根據平衡常數表達式，該溫度下，此反應的平衡常數表達式K=

[O2][H2]2

[H2O]2

，
故答案為：8×10^-3mol?L^-1?min^-1；

[O2][H2]2

[H2O]2

；
B、2Cu₂O（s）+O₂（g）═4CuO（s）△H=-292kJ?mol^-1
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ?mol^-1，
將上面兩個熱化學方程式相減可得，2CuO（s）+C（s）═Cu₂O（s）+CO（s）△H=+35.5kJ?mol^-1，
故答案為：2CuO（s）+C（s）═Cu₂O（s）+CO（s）△H=+35.5kJ?mol^-1．

點評：本題考查了制備物質的實驗設計和方案探究，實驗裝置的應用分析，物質性質的判斷，氧化還原反應的分析，尾氣處理方法，溶液PH的計算，制備物質產率計算，題目綜合性強，需要扎實的基礎知識，題目難度中等．