Question

4．纳米级Cu₂O具有优良的催化性能．某兴趣小组对它开展了以下系列研究．
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4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O．
②在纳米级Cu₂O的催化下，氨气与氧气在一定温度下还可以同时发生以下化学反应：4NH₃+5O₂═4NO+6H₂O，工业上用NO制备硝酸、氮肥等化工产品．
【实验1】
用图1所示的实验装置验证氨气在氧气中燃烧时现象如图．实验时要将过量的氧气从进气口a（填“a”或“b”）通入，并在b（填“a”或“b”）管上端点燃氨气．另外，实验时需“先通入氧气，后通入氨气”，其理由是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】
用图2所示的实验装置研究“在纳米级Cu₂O催化作用下，氨气与氧气的化学反应，并对生成物进行成分分析”．根据所得的气体成分数据，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℃时以生产氮气为主．若利用后续处理装置模拟硝酸的工业制法，则最好将电热丝的温度控制在900℃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：

（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CuS+2O₂$\frac{\underline{\;细菌\;}}{\;}$CuSO₄．
（2）③中观察到的现象是产生蓝色沉淀．
（3）经测定该岩石由硫化铜（CuS）和其它不含铜元素的物质组成．现用1000g该岩石制得28.8g纯氧化亚铜（Cu₂O），该纯氧化亚铜（Cu₂O）中铜元素的质量是25.6g．若制得氧化亚铜（Cu₂O）的过程中，铜元素的总损耗为20%，通过计算确定该岩石中硫化铜（CuS）的质量分数4.8%（请写出计算过程）．

Answer 1

分析 Ⅰ【实验1】根据实验目的分析；
【实验2】根据图象数据分析；
Ⅱ（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：Ⅰ【实验1】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；
Ⅱ（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+2O$\frac{\underline{\;细菌\;}}{\;}$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）Cu₂O中铜元素质量为28.8g×$\frac{128}{144}$=25.6g；制得氧化亚铜（Cu₂O）的过程中，铜元素的总损耗为20%，所以CuS中铜元素质量为$\frac{25.6g}{1-20%}$=32g，因此
CuS的质量为$32g×\frac{96}{64}$=48g，故该岩石中CuS的质量分数为$\frac{48g}{1000g}$×100%=4.8%．
故答案为：
Ⅰ【实验1】ab；氨；NH₃在空气中不能点燃，并且NH₃逸出会造成污染
【实验2】氮气；900
Ⅱ（1）CuS+2O₂$\frac{\underline{\;细菌\;}}{\;}$CuSO₄
（2）产生蓝色沉淀；
（3）25.6；制得氧化亚铜（Cu₂O）的过程中，铜元素的总损耗为20%，所以CuS中铜元素质量为$\frac{25.6g}{1-20%}$=32g，因此
CuS的质量为$32g×\frac{96}{64}$=48g，故该岩石中CuS的质量分数为$\frac{48g}{1000g}$×100%=4.8%．

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．