Question

17．如图是利用主要成分为Cu₂S和Fe₂O₃的工业废弃固体（其他成分不参与反应）制备有关物质，实验流程如图1所示：

回答下列问题：
（1）气体X的化学式为SO₂．
（2）加入铁粉时发生反应的离子方程式为：2H⁺+Fe═Fe²⁺+H₂↑
Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺．
（3）常温下，固体D、O₂和稀硫酸混合后几乎不反应，而加少量绿矾后随即发生反应．已知FeSO₄对此反应起催化作用，则催化过程中反应的离子方程式为4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O、Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺．
（4）除杂时需先加合适的氧化剂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再加试剂Y调节溶液pH以除去Fe³⁺，则氧化剂及试剂Y可以是a（填编号）．
a．H₂O₂、CuOb．HNO₃、Cu（OH）₂
c．KMnO₄、CuCl₂d．漂白粉、CuCO₃
（5）无水硫酸铜受热分解生成氧化铜和气体，受热温度不同气体可能为SO₃、SO₂和O₂中的一种、两种或三种．现设计如图2实验测定产生的SO₂、SO₃和O₂的物质的量，并计算各物质的化学计量数，从而确定CuSO₄分解的化学方程式（已知实验结束时，硫酸铜完全分解）．

①仪器C的名称是干燥管．
②组装探究实验的装置，按从左至右的方向，各仪器接口连接顺序为：
①→⑨→⑩→⑥→⑤→③→④→⑧→⑦→②（填接口序号）．仪器F的作用是三氧化硫，使之转化为硫酸，并产生二氧化硫．
③若某小组称取6.4g无水CuSO₄，实验过程中装置C增加的质量为3.84g，量筒中水的体积折算成标准状况下气体体积224mL，请通过计算确定实验条件下CuSO₄分解的化学方程式：
4CuSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4CuO+2SO₃↑+2SO₂↑+O₂↑．

Answer 1

分析 成分为Cu₂S和Fe₂O₃的工业废弃固体灼烧得氧化铜和氧化铁及二氧化硫气体，所以X为SO₂，固体A为氧化铜和氧化铁的混合物，A中加入硫酸溶解，再加入过量的铁粉，得硫酸亚溶液和铜固体，过滤后得到溶液C为FeSO₄溶液，固体B为铁、铜混合物，B中加入稀硫酸得硫酸亚铁溶液和铜固体，所以固体D为Cu，硫酸亚铁溶液蒸发浓缩、降温结晶可得绿矾晶体，铜与稀硫酸溶液中通入氧气除杂后得硫酸铜溶液，
（1）根据上面的分析可知气体X的化学式；
（2）加入铁粉时，铁与酸、铁离子、铜离子都发生反应；
（3）常温下，FeSO₄对铜、氧气、稀硫酸的反应起催化的过程中亚铁离子先被氧化成铁离子，铁离子再氧化铁生成亚铁离子；
（4）除杂时需先加合适的氧化剂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再加试剂Y调节溶液pH以除去Fe³⁺，加入的氧化剂及试剂Y要不引入新杂质，据此选择；
（5）①根据装置图可知仪器名称；
②实验时，根据反应装置、洗气装置、干燥装置、收集装置进行排序；F中装有亚硫酸钠，可以吸收三氧化硫并产生二氧化硫；
③装置C增加的质量为3.84g，即二氧化硫的质量为3.84g，量筒中水的体积折算成标准状况下气体体积224mL，即产生的氧气的物质的量为0.01mol，根据元素守恒可计算出各反应生成物的物质的量之比，据此书写化学方程式；

解答 解：成分为Cu₂S和Fe₂O₃的工业废弃固体灼烧得氧化铜和氧化铁及二氧化硫气体，所以X为SO₂，固体A为氧化铜和氧化铁的混合物，A中加入硫酸溶解，再加入过量的铁粉，得硫酸亚溶液和铜固体，过滤后得到溶液C为FeSO₄溶液，固体B为铁、铜混合物，B中加入稀硫酸得硫酸亚铁溶液和铜固体，所以固体D为Cu，硫酸亚铁溶液蒸发浓缩、降温结晶可得绿矾晶体，铜与稀硫酸溶液中通入氧气除杂后得硫酸铜溶液，
（1）根据上面的分析可知气体X的化学式为SO₂，
故答案为：SO₂；
（2）加入铁粉时，铁与酸、铁离子、铜离子都发生反应，反应的离子方程式为Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，
故答案为：Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（3）常温下，FeSO₄对铜、氧气、稀硫酸的反应起催化的过程中亚铁离子先被氧化成铁离子，铁离子再氧化铜生成铜离子，反应的离子方程式为Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，
故答案为：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺；
（4）除杂时需先加合适的氧化剂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再加试剂Y调节溶液pH以除去Fe³⁺，加入的氧化剂为H₂O₂，试剂Y为CuO，调节pH值，
故选a；
（5）①根据装置图可知C的名称是干燥管，
故答案为：干燥管；
②实验时，根据反应装置、洗气装置、干燥装置、收集装置进行排序，A是制取气体、B是量取生成氧气体积、C是吸收二氧化硫、D是干燥氧气、E是排水法收集氧气、F吸收三氧化硫，其实验先后顺序是制取气体、除去三氧化硫、吸收水分、吸收二氧化硫、吸收二氧化硫、干燥氧气、收集氧气，所以其排列顺序为①→⑨→⑩→⑥→⑤→③→④→⑧→⑦→②，F中装有亚硫酸钠，可以吸收三氧化硫，使之转化为硫酸，并产生二氧化硫；
故答案为：③；④；⑧；⑦；三氧化硫，使之转化为硫酸，并产生二氧化硫；
③6.4g无水CuSO₄，其物质的量为0.04mol，装置C增加的质量为3.84g，即二氧化硫的质量为3.84g，即0.06mol，量筒中水的体积折算成标准状况下气体体积224mL，即产生的氧气的物质的量为0.01mol，每摩尔三氧化硫通过亚硫酸氢钠溶液时产生2mol二氧化硫，设反应中产生三氧化硫为xmol，反应中产生二氧化硫为ymol，则有$\left\{\begin{array}{l}{2x+y=0.06}\\{x+y=0.04}\end{array}\right.$，所以x=0.02，y=0.02，根据铜元素守恒生成的氧化铜的物质的量应为0.04mol，所以反应中CuSO₄、CuO、SO₃、SO₂、O₂的物质的量之比为0.04：0.04：0.02：0.02：0.01=4：4：2：2：1，所以反应的方程式为4CuSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4CuO+2SO₃↑+2SO₂↑+O₂↑，
故答案为：4CuSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4CuO+2SO₃↑+2SO₂↑+O₂↑．

点评 本题考查了物质分离提纯的方法和流程分析应用，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，解答该类题目，注意把握实验原理和操作流程的目的，主要是物质性质的理解，题目难度中等．