Question

6．铜冶金技术以火法冶炼为主．
（1）火法炼铜的工艺流程如下：

反应Ⅰ：2Cu₂S（s）+3O₂（g）═2Cu₂O（s）+2SO₂（g）△H=-768.2kJ•mol^-1
反应Ⅱ：2Cu₂O（s）+Cu₂S（s）═6Cu（s）+SO₂（g）△H=+116.0kJ•mol^-1
①在反应Ⅱ中，每生成1mol SO₂转移电子6mol．
②反应Cu₂S（s）+O₂（g）═2Cu（s）+SO₂（g）的△H=-217.4 kJ•mol^-1．
③理论上m₁：m₂=2：1．
（2）炼铜的副产品SO₂多用于制硫酸和石膏等化学产品．
①制硫酸中重要的一步反应是   
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196kJ•mol^-1．
图表示将2.0mol SO ₂ 和1.0mol O ₂ 置于1L密闭容器中，当其他条件一定时，SO₂（g）的平衡转化率α随X的变化关系，X（X₁、X₂）代表压强或温度．

X代表的物理量是压强．A对应条件下平衡常数K=80．
②下图表示的是生产石膏的简单流程，请用平衡移动原理解释向CaCO₃悬浊液中通入SO ₂发生反应的原因CaCO₃悬浊液中存在CaCO_3（s）?Ca²⁺_（aq）+CO₃^2-_（aq），通入SO₂时，水与SO₂反应生成亚硫酸，亚硫酸电离出H⁺与CO₃^2-结合，c（CO₃^2-）减小，溶解平衡正向移动；．

（3）工业硫酸中往往含有一定量SO₂，测定过程如下：取m g工业硫酸配成100mL溶液，取出20.00mL溶液，加入1mL指示剂，用c mol•L^-1 I₂标准溶液滴定，消耗的I₂标准溶液V mL，工业硫酸中含有SO₂的质量分数的计算式是$\frac{8cV}{25m}$×100%．

Answer 1

分析 （1）①2Cu₂O（s）+Cu₂S（s）═6Cu（s）+SO₂（g），硫由-2价变成+4价，所以生成1mol的二氧化硫转移6mol的电子；
②根据盖斯定律，反应Ⅰ：2Cu₂S（s）+3O₂（g）═2Cu₂O（s）+2SO₂（g）△H=-768.2kJ•mol^-1，反应Ⅱ：2Cu₂O（s）+Cu₂S（s）═6Cu（s）+SO₂（g）△H=+116.0kJ•mol^-1，Cu₂S（s）+O₂（g）═2Cu（s）+SO₂（g）的△H=$\frac{△{H}_{Ⅰ}+△{H}_{Ⅱ}}{3}$；
③由反应Ⅰ：2Cu₂S（s）+3O₂（g）═2Cu₂O（s）+2SO₂（g），反应Ⅱ：2Cu₂O（s）+Cu₂S（s）═6Cu（s）+SO₂（g）可知，反应Ⅰ生成2mol的氧化亚铜消耗2molCu₂S，而2mol的氧化亚铜反应Ⅱ中消耗1mol的硫化亚铜，所以理论上m₁：m₂=2：1；
（2）①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196kJ•mol^-1，正反应是放热反应，所以升高温度平衡逆向移动，SO₂（g）的平衡转化率α减小，而增大压强平衡正向移动，SO₂（g）的平衡转化率α增大；反应达平衡后，由图可知，SO₂的平衡转化率α=0.80，参加反应的二氧化硫为2mol×80%=1.6mol，则：
           2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
开始（mol）：2        1            0
变化（mol）：1.6    0.8           1.6
平衡（mol）：0.4    0.2           1.6
所以平衡时浓度：c（SO₂）=0.4mol/L，c（O₂）=0.2mol/L，c（SO₃）=1.6mol/L，故平衡常数k=$\frac{1．{6}^{2}}{0．{4}^{2}×0.2}$=80；
②碳酸钙的悬浊液中存在溶解平衡，所以而通入二氧化硫与水反应生成亚硫酸酸性比碳酸的酸性强；
（3）根据反应SO₂+I₂+2H₂O=H₂SO₄+2HI，进行计算求解．

解答 解：（1）①2Cu₂O（s）+Cu₂S（s）═6Cu（s）+SO₂（g），硫由-2价变成+4价，所以生成1mol的二氧化硫转移6mol的电子，故答案为：6；
②根据盖斯定律，反应Ⅰ：2Cu₂S（s）+3O₂（g）═2Cu₂O（s）+2SO₂（g）△H=-768.2kJ•mol^-1，反应Ⅱ：2Cu₂O（s）+Cu₂S（s）═6Cu（s）+SO₂（g）△H=+116.0kJ•mol^-1，Cu₂S（s）+O₂（g）═2Cu（s）+SO₂（g）的△H=$\frac{△{H}_{Ⅰ}+△{H}_{Ⅱ}}{3}$=$\frac{116-768.2}{3}$=-217.4kJ•mol^-1，故答案为：-217.4；
③由反应Ⅰ：2Cu₂S（s）+3O₂（g）═2Cu₂O（s）+2SO₂（g），反应Ⅱ：2Cu₂O（s）+Cu₂S（s）═6Cu（s）+SO₂（g）可知，反应Ⅰ生成2mol的氧化亚铜消耗2molCu₂S，而2mol的氧化亚铜反应Ⅱ中消耗1mol的硫化亚铜，所以理论上m₁：m₂=2：1，故答案为：2：1；
（2）①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196kJ•mol^-1，正反应是放热反应，所以升高温度平衡逆向移动，SO₂（g）的平衡转化率α减小，而增大压强平衡正向移动，SO₂（g）的平衡转化率α增大，所以X代表的物理量是压强；反应达平衡后，由图可知，SO₂的平衡转化率α=0.80，参加反应的二氧化硫为2mol×80%=1.6mol，则：
           2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
开始（mol）：2        1            0
变化（mol）：1.6    0.8           1.6
平衡（mol）：0.4    0.2           1.6
所以平衡时浓度：c（SO₂）=0.4mol/L，c（O₂）=0.2mol/L，c（SO₃）=1.6mol/L，故平衡常数k=$\frac{1．{6}^{2}}{0．{4}^{2}×0.2}$=80，故答案为：压强；80；
②碳酸钙的悬浊液中存在溶解平衡，所以而通入二氧化硫与水反应生成亚硫酸酸性比碳酸的酸性强，所以CaCO₃悬浊液中存在CaCO_3（s）?Ca²⁺_（aq）+CO₃^2-_（aq），通入SO₂时，水与SO₂反应生成亚硫酸，亚硫酸电离出H⁺与CO₃^2-结合，所以c（CO₃^2-）减小，溶解平衡正向移动，故答案为：CaCO₃悬浊液中存在CaCO_3（s）?Ca²⁺_（aq）+CO₃^2-_（aq），通入SO₂时，水与SO₂反应生成亚硫酸，亚硫酸电离出H⁺与CO₃^2-结合，c（CO₃^2-）减小，溶解平衡正向移动；
（3）根据反应SO₂ +I₂ +2H₂O=H₂SO₄+2HI，
           1mol    1mol 
          n（SO₂）    cV×10^-3
所以 n（SO₂）=cV×10^-3mol，则SO₂的质量分数的计算式：$\frac{cV×1{0}^{-3}mol×64g/mol×\frac{100}{20}}{mg}$×100%=$\frac{8cV}{25m}$×100%，故答案为：$\frac{8cV}{25m}$×100%．

点评 本题考查氧化还原反应与计算、盖斯定律的应用和化学平衡常数的计算等，难度中等，氧化还原反应的计算学生要学会应用关系式进行求解．