Question

纳米级Cu₂O因具有优良的催化性能备受关注．某兴趣小组同学在《培养中学生基本科学素养的化学实验教学研究》课题组老师的带领下开展了系列研究．
Ⅰ纳米级Cu₂O的用途研究

【查阅资料】
①氨气是一种有刺激性气味的气体，在高浓度氧气中才能燃烧，生成氮气和水．
②在纳米级Cu₂O的催化作用下，氨气与氧气在一定温度下发生以下化学反应：
4NH₃+5O₂═4NO+6H₂O         4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O
工业上用NO制备硝酸、氮肥等化工产品．
【实验1】
设计图1的实验装置验证氨气在氧气中燃烧：将过量的氧气与氨气分别从a、b两管进气口通入，并在b管上端点燃氨气．实验组需先通入氧气，后通入氨气，理由是

 

．
【实验2】设计如图2实验装置，并对生成物进行成分分析
根据气体成分分析数据，同学们绘制了曲线图（见图3），发现在纳米级
Cu₂O的催化作用下，300℃时以生产

 

为主．若利用后续处理装置
模拟硝酸的工业制法，最好将电热丝的温度控制在

 

℃左右．
Ⅱ纳米级Cu₂O的制备研究
利用某些特殊的细菌，在一定条件下将某岩石中的不溶性硫化铜（CuS）转化为可溶性硫化铜，进而制得纳米级Cu₂O，其流程如图4：
（1）在细菌作用下，岩石中的硫化铜（CuS）与空气中的氧气反应生成硫酸铜，反应的化学方程式为

 

．
（2）③中观察到的现象是

 

．
（3）在加热条件下，用液态肼（N₂H₄）还原新制Cu（OH）₂生成Cu₂O、N₂和H₂O，反应的化学方程式为

 

，Cu₂O中铜元素的化合价是

 

．
（4）经测定该岩石由硫化铜（CuS）和其他不含铜元素的物质组成．现用1000g该岩石制得21.6g纯氧化亚铜（Cu₂O），该纯氧化亚铜（Cu₂O）中铜元素的质量是

 

g．若制得氧化亚铜（Cu₂O）的过程中，铜元素的总损耗为25%，通过计算确定该岩石中硫化铜（CuS）的质量分数（请写出计算过程）．

Answer 1

考点：物质的相互转化和制备,实验探究物质的组成成分以及含量,有关元素化合价的计算,书写化学方程式、文字表达式、电离方程式,根据化学反应方程式的计算

专题：物质的制备,有关化学方程式的计算,科学探究

分析：【实验1】根据实验目的分析；
【实验2】根据图象数据分析；
（1）根据书写方程式原则书写；
（2）根据反应物生成物分析实验现象；
（3）根据反应物生成物及写方程式原则书写；
（4）根据氧化亚铜的化学式可 求出铜元素的质量，根据元素质量守恒可求出CuS中铜元素的质量，从而求出CuS的质量与质量分数．

解答：解：【实验1】NH₃的燃烧需要高浓度氧气，先通氧气可以保证氨气被点燃．
【实验2】由图曲线可以看出，在300℃时氮气比NO产量高，以氮气为主．若利用后续处理装置模拟硝酸的工业制法，生成物中应以NO为主，因此最好将电热丝的温度控制在900℃左右．
（1）反应物是硫化铜（CuS）与空气中的氧气，生成物是硫酸铜，反应条件是细菌，化学方程式为CuS+2O₂

细菌  .

CuSO₄；
（2）③中反应是硫酸铜溶液中加入氢氧化钠，生成物中有氢氧化铜，因此可观察到产生蓝色沉淀；
（3）反应物是液态肼（N₂H₄）和Cu（OH）₂；生成物是Cu₂O、N₂和H₂O，反应的化学方程式为N₂H₄+4Cu（OH）₂

△   .

2Cu₂O+N₂↑+6H₂O，Cu2O中氧元素为-2价，根据化合物中正负化合价代数和为0可知铜元素化合价为+1价；
（4）Cu₂O中铜元素质量为21.6g×

128

144

=19.2g；制得氧化亚铜（Cu₂O）的过程中，铜元素的总损耗为25%，所以CuS中铜元素质量为

19.2g

1-25%

=25.6g，因此CuS的质量为

25.6g

64 96

=38.4g，故该岩石中CuS的质量分数为

38.4g

1000g

×100%=3.84%．
故答案为：【实验1】NH₃的燃烧需要高浓度氧气，先通氧气可以保证氨气被点燃．
【实验2】氮气；900；
（1）CuS+2O₂

细菌  .

CuSO₄；
（2）产生蓝色沉淀；
（3）N₂H₄+4Cu（OH）₂

△   .

2Cu₂O+N₂↑+6H₂O；+1；
（4）19.2；3.84%．

点评：本题是一道实验信息题，阅读量较大，但题目设计不难，关键是细心耐心的读完题意才能较好答题．