Question

7．一种以黄铜矿和硫磺为原料制取铜和其他产物的新工艺，原料的综合利用率较高．其主要流程如下：

注：反应Ⅱ的离子方程式为Cu²⁺+CuS+4Cl^-=2[CuCl₂]^-+S↓
请回答下列问题：
（1）反应Ⅰ的产物为FeS₂、CuS（填化学式）．
（2）反应Ⅲ的离子方程式为4CuCl₂^-+O₂+4H⁺=4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O．
（3）一定温度下，在反应Ⅲ所得的溶液中加入稀硫酸，可以析出硫酸铜晶体，其可能的原因是该温度下，硫酸铜的溶解度小于氯化铜、加入硫酸，有利于析出硫酸铜晶体．
（4）炼钢时，可将铁红投入熔融的生铁中，该过程中主要反应的化学方程式是3C+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO↑．
（5）某硫酸厂为测定反应Ⅳ所得气体中SO₂的体积分数，取280mL（已折算成标准状况）气体样品与足量Fe₂（SO₄）₃溶液完全反应后，用浓度为0.02000mol•L^-1的K₂Cr₂O₇标准溶液滴定至终点，消耗K₂Cr₂O₇溶液25.00mL．已知：Cr₂O₇^2-+Fe²⁺+H⁺→Cr³⁺+Fe³⁺+H₂O（未配平）反应Ⅳ所得气体中SO₂的体积分数为12.00%．

Answer 1

分析 黄铜矿与S在高温下煅烧，使其转变为FeS₂、CuS，加入HCl、NaCl、CuCl₂混合溶液 发生反应Cu²⁺+CuS+4Cl^-=2[CuCl₂]^-+S↓，过滤得到滤液中通入空气发生反应4CuCl₂^-+O₂+4H⁺=4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O，一定温度下，在反应Ⅲ所得的溶液中加入稀硫酸，可以析出硫酸铜晶体，结晶分离得到硫酸铜晶体，加入铁还原溶液得到铜；滤渣分离得到FeS和S，FeS₂通入空气灼烧得到氧化铁和二氧化硫，氧化铁炼钢，二氧化硫制备硫酸，
（1）由流程可知，黄铁矿分解生成的Fe、Cu均为+2价；
（2）反应Ⅲ中生成铜离子；
（3）考虑产物的溶解度，溶解度小的先从溶液中析出；
（4）炼钢时，可将铁红投入熔融的生铁中，滤液碳和氧化铁反应生成铁和一氧化碳；
（5）发生氧化还原反应生成硫酸亚铁，利用14H⁺+Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O、SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺，可知，3SO₂～Cr₂O₇^2-，以此计算．

解答 解：铜矿与S在高温下煅烧，使其转变为FeS₂、CuS，加入HCl、NaCl、CuCl₂混合溶液 发生反应Cu²⁺+CuS+4Cl^-=2[CuCl₂]^-+S↓，过滤得到滤液中通入空气发生反应4CuCl₂^-+O₂+4H⁺=4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O，一定温度下，在反应Ⅲ所得的溶液中加入稀硫酸，可以析出硫酸铜晶体，结晶分离得到硫酸铜晶体，加入铁还原溶液得到铜；滤渣分离得到FeS和S，FeS₂通入空气灼烧得到氧化铁和二氧化硫，氧化铁炼钢，二氧化硫制备硫酸，
（1）由流程可知，黄铁矿分解生成的Fe、Cu均为+2价，则反应I的产物为FeS₂、CuS，
故答案为：FeS₂、CuS；
（2）反应Ⅲ中生成铜离子，则离子反应为4CuCl₂^-+O₂+4H⁺═4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O，
故答案为：4CuCl₂^-+O₂+4H⁺═4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O；
（3）相同条件下硫酸铜的溶解度小，则该温度下，硫酸铜的溶解度小于氯化铜，所以向反应Ⅲ所得的溶液中加入稀硫酸，可以析出硫酸铜晶体，
故答案为：该温度下，硫酸铜的溶解度小于氯化铜、加入硫酸，有利于析出硫酸铜晶体；
（4）炼钢时，可将铁红投入熔融的生铁中，滤液碳和氧化铁反应生成铁和一氧化碳，反应的化学方程式为：3C+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 2Fe+3CO↑，
故答案为：3C+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 2Fe+3CO↑；
（5）发生氧化还原反应生成硫酸亚铁，离子反应为SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺，
利用14H⁺+Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O、SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺，
可知，3SO₂～Cr₂O₇^2-，
      3       1
      x       0.02mol/L×0.025L
解得x=0.0015mol，
 反应Ⅳ所得气体中SO₂的体积分数为：$\frac{0.0015mol}{\frac{0.28L}{22.4L/mol}}$×100%=12.00%，
故答案为：12.00%．

点评 本题以实际化工生产“黄铜矿的综合利用”为背景，考查了元素化合物知识，离子方程式和化学方程式的书写及有关计算，题目更注重考查学生利用化学原理来解决实际问题的能力，利用关系式计算可简化计算，题目难度中等．