Question

2013年6月“蛟龙”号载人潜水器投入应用中，计划每年将有4至5个月的海上时间，可用于深海探矿．锰结核中的黄铜矿（CuFeS₂）是海洋矿物中的一种，它是制取铜及其化合物的主要原料之一，还可用于制备硫及铁的化合物．请回答下列问题：
（1）“蛟龙”号外壳用特殊的钛合金材料制成，它可以在深海中承受700个大气压的压力．下列说法正确的是

 

．
A．已知金属钛的原子序数为22，则其属于主族元素
B．钛合金强度很大
C．制备钛铝合金时可在空气中将两种金属混合后熔化而成
D．可用电解熔融二氧化钛的方法冶炼金属钛
（2）利用黄铜矿冶炼铜的反应为：8CuFeS₂+21O₂ 

高温  .

8Cu+4FeO+2Fe₂O₃+16SO₂
若CuFeS₂中Fe的化合价为+2，反应中被还原的元素是

 

（填元素符号），生成1mol Fe₂O₃转移电子的物质的量为

 

mol
（3）利用黄铜矿冶炼铜产生的炉渣（含Fe₂O₃、FeO、SiO₂、Al₂O₃）可制备Fe₂O₃．方法如下：
a．用过量稀盐酸浸取炉渣，过滤．
b．滤液先氧化，再加入过量NaOH溶液，过滤，将沉淀洗涤、干燥、煅烧得Fe₂O₃．
①a中过滤的目的是

 

．
②除去Al³⁺的化学方程式是

 

．
③b中将滤液氧化常选用H₂O₂，其反应的离子方程式为

 

．
④选用提供的试剂，设计实验验证炉渣中含有FeO．
提供的试剂：稀盐酸、稀硫酸、KSCN溶液、KMnO₄溶液、NaOH溶液、碘水所选试剂为

 

．  证明炉渣中含有FeO的实验现象为

 

．
（4）将Cu放入0.1mol?L^-1 FeCl₃溶液中，反应一定时间后取出Cu片，溶液中c（Fe³⁺）：c（Fe²⁺）=2：3，则Cu²⁺与Fe³⁺的物质的量之比为

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,氧化还原反应,氧化还原反应的计算,铜金属及其重要化合物的主要性质

专题：氧化还原反应专题,元素及其化合物

分析：（1）A．金属钛的原子序数为22，位于第四周期第IIB族；
B．钛合金强度很大，可以在深海中承受700个大气压的压力；
C．在空气中加热金属易被氧化；
D．钛性质较活泼，可以采用电解熔融二氧化钛的方法冶炼金属钛；
（2）8CuFeS₂+21O₂ 

高温  .

8Cu+4FeO+2Fe₂O₃+16SO₂中部分Fe元素化合价由+2价变为+3价、O元素化合价由0价变为-2价、Cu元素化合价由+2价变为0价、S元素化合价由-2价变为+4价，得电子化合价降低的元素被还原，根据氧化铁和转移电子之间的关系式计算；
（3）用过量稀盐酸浸取炉渣，发生的反应有Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O、FeO+2HCl=FeCl₂+H₂O、Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O，过滤后的滤渣是SiO₂，
滤液先氧化，将亚铁离子氧化为铁离子，然后再加入过量NaOH溶液，发生反应Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓、Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，过滤，将沉淀Fe（OH）₃洗涤、干燥、煅烧得Fe₂O₃；
（4）设原FeCl₃溶液的体积为1L，参加反应的Fe³⁺为xmol，由方程式Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，知（0.1-x）：x=2：3，解得：x=0.06，则生成的Cu²⁺为0.03mol，剩余的Fe³⁺为0.04mol，据此计算Cu²⁺与Fe³⁺的物质的量之比．

解答： 解：（1）A．金属钛的原子序数为22，位于第四周期第IIB族，属于过渡元素，故A错误；
B．钛合金可以在深海中承受700个大气压的压力，钛合金强度很大，故B正确；
C．在空气中加热熔化，金属易与氧气发生反应，所以不能直接在空气中制备钛铝合金，故C错误；
D．由于金属钛金属性较强，所以可以用电解法冶炼，故D正确；
故选BD；
（2）8CuFeS₂+21O₂ 

高温  .

8Cu+4FeO+2Fe₂O₃+16SO₂中部分Fe元素化合价由+2价变为+3价、O元素化合价由0价变为-2价、Cu元素化合价由+2价变为0价、S元素化合价由-2价变为+4价，得电子化合价降低的元素被还原，所以Cu、O元素被还原；
21mol氧气反应时得到84mol电子，而铁元素失去4mol电子，硫元素失去96mol电子，根据得失电子守恒，铜元素应得到16mol电子，所以生成1mol氧化铁时转移50mol电子，
故答案为：Cu、O；50；
（3）利用黄铜矿冶炼铜产生的炉渣（含Fe₂O₃、FeO、SiO₂、Al₂O₃）可制备Fe₂O₃．方法如下：
用过量稀盐酸浸取炉渣，发生的反应有Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O、FeO+2HCl=FeCl₂+H₂O、Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O，过滤后的滤渣是SiO₂，
滤液先氧化，将亚铁离子氧化为铁离子，然后再加入过量NaOH溶液，发生反应Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓、Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，过滤，将沉淀Fe（OH）₃洗涤、干燥、煅烧得Fe₂O₃；
①通过以上分析知，a中过滤为除去SiO₂，故答案为：除去SiO₂；
②Al³⁺与过量NaOH反应生成NaAlO₂，然后通过过滤除去，反应方程式为AlCl₃+4NaOH=3NaCl+NaAlO₂+2H₂O，故答案为：AlCl₃+4NaOH=3NaCl+NaAlO₂+2H₂O；
③双氧水具有强氧化性，亚铁离子具有还原性，二者发生氧化还原反应生成铁离子和水，离子方程式为H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，故答案为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
④二价铁具有还原性，而酸性高锰酸钾溶液具有氧化性，通过酸性高锰酸钾溶液的颜色变化即可证明FeO的存在，所以所选试剂为稀硫酸、KMnO₄溶液，实验现象是稀硫酸浸取炉渣所得溶液使KMnO₄溶液褪色，
故答案为：稀硫酸、KMnO₄溶液；稀硫酸浸取炉渣所得溶液使KMnO₄溶液褪色；
（4）设原FeCl₃溶液的体积为1L，参加反应的Fe³⁺为xmol，由方程式Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，知（0.1-x）：x=2：3，解得：x=0.06，则生成的Cu²⁺为0.03mol，剩余的Fe³⁺为0.04mol，故n（Cu²⁺）：n（Fe³⁺）=0.03mol：0.04mol=3：4，故答案为：3：4．

点评：本题考查元素及其化合物、化学实验、化学计算等知识，意在考查考生在理解所学各部分化学知识的本质区别与内在联系的基础上，运用所掌握的知识进行必要的分析、类推或计算，解释、论证一些具体化学问题的能力．