Question

9．Cu₂S是火法炼铜的重要原料之一，下面是由Cu₂S冶炼铜及制取CuSO₄•5H₂O的流程图：
Cu₂S$→_{△}^{O_{2}}$Cu$\stackrel{焙烧}{→}$Cu₂O、CuO$\stackrel{足量稀硫酸}{→}$A$\stackrel{操作Ⅰ}{→}$B$\stackrel{蒸发结晶过滤}{→}$胆矾
（1）Cu₂S中铜元素的化合价为+1，火法炼铜的反应原理是Cu₂S+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+SO₂（用化学方程式表示）．
（2）若将A中红色物质反应掉，操作Ⅰ中加入的试剂最好是C．
A．适量的NaNO₃               B．适量的 HNO₃                C．适量的H₂O₂
（3）若B溶液的体积为0.2L，电解B溶液一段时间后溶液的pH由5变为1（体积变化忽略不计），此时电解过程中转移电子的物质的量是0.02mol．
（4）Cu、Cu₂O、CuO混合物中加入1L0.5mol/LHNO₃恰好使混合物溶解，同时收集到2240mLNO（标准状况）．若将上述混合物用足量的氢气还原，所得固体的质量为12.8g
（5）取5.0g胆矾样品逐渐升高温度使其分解，分解过程的热重曲线如图所示，258℃时发生反应的化学方程式：CuSO₄•H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+H₂O，e点对应物质的化学式为Cu₂O（计算过程略去）．

Answer 1

分析 Cu₂S与氧气加热生成Cu，焙烧生成Cu₂O、CuO，加入足量稀硫酸，生成硫酸铜和Cu，再加双氧水，使Cu转化为硫酸铜，蒸发结晶过滤得到胆矾，
（1）化合物中各元素化合价的代数和为0；依据流程中Cu₂S与O₂反应得到Cu写出方程式即可；
（2）溶解时要加入氧化剂使铜被氧化，且不能引进新的杂质；
（3）根据pH变化求出氢离子的物质的量变化，根据电解方程式计算转移的电子数；
（4）Cu、Cu₂O、CuO混合物中加入1L0.5mol/LHNO₃恰好使混合物溶解，生成硝酸铜和2240mLNO（标准状况）即0.1mol，根据氮元素守恒，可知生成硝酸铜的物质的量为0.2mol，所以混合物质中铜元素的物质的量为0.2mol，再根据铜元素守恒计算；
（5）固体质量减少时，胆矾开始分解，根据减少的质量确定b、c段固体的化学式，从而确定发生的反应，根据最终剩余固体的质量采用假设的方法确定物质的组成．

解答 解：（1）化合物中各元素化合价代数和为0，O元素的化合价为-2价，所以Cu元素的化合价为+1价；Cu₂S与O₂反应得到Cu，Cu的化合价降低，故S的化合价升高，反应为：Cu₂S+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+SO₂，
故答案为：+1；Cu₂S+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+SO₂；
（2）溶解时要加入氧化剂使铜被氧化，且不能引进新的杂质，硝酸具有强氧化性但引进杂质离子，氢氧化钠没有氧化性且能引进杂质离子，双氧水具有强氧化性且不引进杂质离子，故选C；
故答案为：C；
（3）若硫酸铜溶液的体积为0.2L，电解溶液一段时间后溶液的pH由5变为1，则电解生成的氢离子为0.2L×（0.1-1×10^-5）mol/L=0.02mol，
电极方程式为：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，则n（e^-）=n（H⁺）=0.02mol；
故答案为：0.02mol；
（4）Cu、Cu₂O、CuO混合物中加入1L0.5mol/LHNO₃恰好使混合物溶解，生成硝酸铜和2240mLNO（标准状况）即0.1mol，根据氮元素守恒，可知生成硝酸铜的物质的量为0.2mol，所以混合物质中铜元素的物质的量为0.2mol，再根据铜元素守恒可知混合物用足量的氢气还原，所得铜的物质的量为0.2mol，则其质量为12.8g，
故答案为：12.8g；
（5）硫酸铜的物质的量=$\frac{5.00g}{250g/mol}$=0.02mol，根据胆矾的化学式知，结晶水的质量=0.02mol×5×18g/mol=1.8g，当固体质量减少1.8g时胆矾完全分解，258℃时，固体减少的质量=5.00g-3.20g=1.80g，所以C段固体是硫酸铜，b段物质减少的质量=5.00g-3.56g=1.44g，则失去的水的物质的量=$\frac{1.44g}{18g/mol}$=0.08mol，则固体中剩下水的物质的量为0.02mol×5-0.08mol=0.02mol，则b段固体的化学式为CuSO₄．H₂O，该反应方程式为：CuSO₄•H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+H₂O；
e点时固体质量为1.44g，铜的质量=0.02mol×64g/mol=1.28g，则另一种元素质量为1.44g-1.28g=0.16g，如果另一种元素是S元素，则硫的物质的量为$\frac{0.16g}{32g/mol}$=0.005mol，铜原子的物质的量为0.02mol，则Cu和S的个数比为4：1，不符合化合价原则，所以另一种元素是氧元素，其物质的量为$\frac{0.16g}{16g/mol}$=0.01mol，所以其化学式为Cu₂O，
故答案为：CuSO₄•H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+H₂O；Cu₂O．

点评 本题考查了物质的量的有关计算，结合元素化合价变化及氧化还原反应来分析解答，难点是（4）题，根据固体质量变化确定每一段物质的组成，从而确定每一段发生的反应，难度中等．