题目内容

5．现有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．其主要流程如图：

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Ⅲ中的CuCl2-中铜元素的化合价为+1，传统工艺制铜是将铜矿砂与空气在高温下煅烧，使这种方
法的缺点是要消耗大量的热能以及SO2会导致大气污染（完成合理的一种即可）．
（2）为使反应Ⅰ中充分进行，工业可采取的措施是粉碎固体等，反应Ⅰ生成12gFeS2转移的电子数为0.1NA．
（3）反应Ⅲ的离子方程式为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，其可能的原因是该温度下，硫酸铜的溶解度小于氯化铜．
（4）工业上炼钢时，可将铁红投入熔融的生铁中，炼钢时为了降低含碳量，该过程中主要反应的化学方程
式是3C+Fe2O3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO．工业上可以用NaOH溶液或氨水吸收过量的SO2，分别生成NaHSO3、NH4HSO3，其水溶液均
呈酸性，相同条件下，同浓度的两种水溶液中c（SO32-）较小的是NH4HSO3溶液．
（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Cr2O72-+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%．

分析 流程中反应Ⅰ的化学化方程为CuFeS2+S═FeS2+CuS，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．
（1）根据化合价规则计算元素的化合价；富铜矿砂与空气在高温下煅烧，使其转变为铜，反应产物有污染性气体二氧化硫生成；
（2）粉碎固体可以增大接触面积，加快反应速率；反应Ⅰ的化学化方程为CuFeS2+S═FeS2+CuS，据化合价的变化来计算；
（3）反应Ⅲ中生成铜离子，离子反应为4CuCl2-+O2+4H+═4Cu2++8Cl-+2H2O，加入硫酸能析出硫酸铜，是因为硫酸铜的溶解度小于氯化铜的溶解度；
（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；HSO3-电离得到H+、SO32-，而NH4+水解使溶液酸性增强，抑制HSO3-电离；
（5）利用14H++Cr2O72-+6Fe2+═2Cr3++6Fe3++7H2O、SO2+2Fe3++2H2O=SO42-+2Fe2++4H+，可知，3SO2～Cr2O72-，以此计算．

解答 解：流程中反应Ⅰ的化学化方程为CuFeS2+S═FeS2+CuS，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，
（1）反应Ⅲ中的CuCl2-中Cl是-1价，铜元素的化合价为+1价，富铜矿砂与空气在高温下煅烧，要消耗大量的热能，生成SO2会导致大气污染，故答案为：+1；SO2会导致大气污染；
（2）粉碎固体可以增大接触面积，加快反应速率，则为使反应Ⅰ充分进行，工业上可采取的措施是粉碎固体等，流程中反应Ⅰ的化学化方程为CuFeS2+S═FeS2+CuS，
反应Ⅰ生成120gFeS2转移的电子1mol，所以反应Ⅰ生成12gFeS2转移的电子数为0.1NA，
故答案为：粉碎固体等；0.1NA；
（3）反应Ⅲ中生成铜离子，则离子反应为4CuCl2-+O2+4H+═4Cu2++8Cl-+2H2O，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：4CuCl2-+O2+4H+═4Cu2++8Cl-+2H2O；该温度下，硫酸铜的溶解度小于氯化铜；
（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\;}}{\;}$2Fe+3CO↑，HSO3-?H++SO32-，而NH4+水解：NH4++H2O?NH3．H2O+H+，使溶液中c（H+）增大，抑制HSO3-电离，故NH4HSO3溶液中SO32-浓度较小，
故答案为：3C+Fe2O3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO↑；NH4HSO3；
（5）发生氧化还原反应生成硫酸亚铁，离子反应为SO2+2Fe3++2H2O=SO42-+2Fe2++4H+，利用14H++Cr2O72-+6Fe2+═2Cr3++6Fe3++7H2O、SO2+2Fe3++2H2O=SO42-+2Fe2++4H+，
可知，3SO2～Cr2O72-，
       3                     1
        x       0.02mol/L×0.025L
解得x=0.0015mol，
反应Ⅳ所得气体中SO2的体积分数为：$\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．

练习册系列答案
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10．下列叙述中，正确的是（　　）
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B．在氧化还原反应中，非金属单质一定是氧化剂
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Al2O3（s）+AlCl3（g）+3C（s）═3AlCl（g）+3CO（g）△H=akJ•mol-1
3AlCl（g）═2Al（l）+AlCl3（g）△H=bkJ•mol-1
反应Al2O3（s）+3C（s）═2Al（l）+3CO（g）的△H=a+bkJ•mol-1（用含a、b的代数式表示）；
（2）用活性炭还原法可以处理氮氧化物．某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，发生反应C（s）+2NO（g）?N2（g）+CO2（g）△H=Q kJ•mol-1．在T1℃时，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：
01020304050
NO1.000.680.500.500.600.60
N200.160.250.250.300.30
CO200.160.250.250.300.30
①0～10min内，NO的平均反应速率v（NO）=0.032mol•L-1•min-1，T1℃时，该反应的平衡常数K=0.25．
②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，根据上表中的数据判断改变的条件可能是ae（填字母编号）．
a．通入一定量的NO　　　  b．通入一定量的N2       c．适当升高反应体系的温度
d．加入合适的催化剂　　  e．适当缩小容器的体积
③在恒容条件下，能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是cd　（填选项编号）．
a．单位时间内生成2nmolNO（g）的同时消耗nmolCO2（g）
b．反应体系的压强不再发生改变
c．混合气体的密度保持不变
d．混合气体的平均相对分子质量保持不变
④若保持与上述反应前3Omin的反应条件不变，起始时NO的浓度为2.50mol/L，则反应达平衡时c（NO）=1.25mol/L．NO的转化率不变（填“增大”、“减小”或“不变”）．
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D．若有2mol Fe2+ 被氧化，则被Fe2+还原的O2为0.5mol

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