Question

9．某CuS中含有少量不溶于酸的杂质，实验室以该CuS为原料制备CuCl₂•2H₂O晶体，流程如下：
已知：CuS在焙烧过程中，有 Cu₂S、CuO•CuSO₄、CuSO₄、CuO生成，转化顺序为：
CuS$\stackrel{Ⅰ}{→}$Cu₂S$\stackrel{Ⅱ}{→}$CuO•CuSO₄$\stackrel{Ⅲ}{→}$CuSO₄$→_{760}^{Ⅳ}$CuO
（1）请写出CuS在焙烧过程中第Ⅰ阶段的反应方程式：2CuS+O₂$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$Cu₂S+SO₂．
（2）在酸溶液时发生的主要反应的离子方程式为CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O．
（3）在实验室中完成系列操作A，需要用到如图2所示实验装置中的b（填字母）．
（4）某化学课外活动小组设计如图3装置，模拟CuS在焙烧第Ⅳ阶段的过程，并验证所得气体中有SO₂和O₂，已知：浓硫酸可吸收SO₃气体．
①装置的正确连接顺序是B→D→A→D→C→E（填装置字母代号，有的装置可重复使用），装置连接完成后，应立即进行的一项操作是检查装置气密性．
②装置B的作用是制得二氧化碳气体，排除装置内空气，装置E中所装的试剂是氢氧化钠溶液．
③能说明第Ⅳ阶段所得气体有SO₂和O₂的现象是C中产生白色沉淀．
④若原CuS样品的质量为12g，在实验过程中，保持温度在750℃左右持续加热，待样品充分反应后，石英玻璃管内所得固体的质量为10.4g，则原样品中CuS的质量分数为80%（假设各阶段铜元素均无损失，杂质也不参加反应）

Answer 1

分析 CuS在焙烧过程中发生氧化还原反应，依次有Cu₂S、CuO•CuSO₄、CuSO₄、CuO生成，硫化铜中的硫最终转化成二氧化硫，同时生成CuO，加入盐酸，过滤得到氯化铜溶液，经蒸发浓缩、冷却结晶得到产品．
（1）第Ⅰ阶段是硫化铜与氧气反应生成硫化亚铜和二氧化硫，据此写出反应的化学方程式；
（2）酸溶时是氧化铜与盐酸反应，据此写出离子方程式；
（3）操作A实验的目的是从氯化铜溶液中得到CuCl₂•2H₂O，根据蒸发浓缩、冷却结晶和过滤选择；
（4）硫酸铜受热分解所得气体的成分可能含有SO₃、SO₂、O₂，验证所得气体中有SO₂和O₂，需排尽A装置中的空气，用装置B制取干燥的二氧化碳，先通入二氧化碳排尽A中的空气，再对A进行加热，用浓硫酸吸收水和三氧化硫，进入氯化钡溶液的气体只有二氧化硫和氧气，当氯化钡中产生白色沉淀，说明所得气体有有SO₂和O₂，再用E进行尾气吸收．
①由分析可知实验装置的正确连接顺序；实验前必须检查装置的气密性；
②装置B的作用是制得二氧化碳气体，排除装置内空气；二氧化硫有毒，且是酸性氧化物，可用氢氧化钠溶液吸收；
③只有二氧化硫通入氯化钡溶液时，不发生反应，无明显现象，若同时有氧气通入，会发生氧化还原反应生成硫酸钡沉淀；
④硫化铜中有不反应的杂质，反应前是CuS和杂质12g，最终是CuO和杂质10.4g，质量差为12g-10.4g=1.6g，等于硫元素与氧元素的质量差，则CuS物质的量应为0.1mol，计算出其质量，再算出质量分数．

解答 解：CuS在焙烧过程中发生氧化还原反应，依次有Cu₂S、CuO•CuSO₄、CuSO₄、CuO生成，硫化铜中的硫最终转化成二氧化硫，同时生成CuO，加入盐酸，过滤得到氯化铜溶液，经蒸发浓缩、冷却结晶得到产品．
（1）根据CuS矿样在焙烧过程中转化顺序可知，第Ⅰ阶段反应为硫化铜转化成硫化亚铜，反应的化学方程式为：2CuS+O₂$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$Cu₂S+SO₂，
故答案为：2CuS+O₂$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$Cu₂S+SO₂；
（2）酸溶时是氧化铜与盐酸反应，离子反应方程式为：，
故答案为：CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O；
（3）操作A实验的目的是从氯化铜溶液中得到CuCl₂•2H₂O，需要的操作方法按照操作顺序依次是：蒸发浓缩、冷却结晶和过滤，所以需要的装置为b，故答案为：b；
（4）硫酸铜受热分解所得气体的成分可能含有SO₃、SO₂、O₂，验证所得气体中有SO₂和O₂，需排尽A装置中的空气，用装置B制取干燥的二氧化碳，先通入二氧化碳排尽A中的空气，再对A进行加热，用浓硫酸吸收水和三氧化硫，进入氯化钡溶液的气体只有二氧化硫和氧气，当氯化钡中产生白色沉淀，说明所得气体有有SO₂和O₂，再用E进行尾气吸收．
①由分析可知实验装置的正确连接顺序是B→D→A→D→C→E，反应装置有多个仪器组合而成，实验前必须检查装置的气密性，
故答案为：B；A；D；C；E；检查装置气密性；
②装置B的作用是制得二氧化碳气体，排除装置内空气；二氧化硫有毒，污染空气，可用氢氧化钠溶液吸收，则E中的试剂是氢氧化钠溶液，
故答案为：制得二氧化碳气体，排除装置内空气；氢氧化钠溶液；
③只有二氧化硫通入氯化钡溶液时，不发生反应，无明显现象，若同时有氧气通入，会生成硫酸钡沉淀，所以当C中有白色沉淀产生时，说明产生的气体中有二氧化硫和氧气，
故答案为：C中产生白色沉淀；
④硫化铜中有不反应的杂质，反应前是CuS和杂质12g，最终是CuO和杂质10.4g，质量差为12g-10.4g=1.6g，等于硫元素与氧元素的质量差，则CuS物质的量应为0.1mol，质量为0.1mol×96g/mol=9.6g，质量分数为$\frac{9.6g}{12g}$×100%=80%，
故答案为：80%．

点评 本题考查CuCl₂•2H₂O晶体的制备方法、性质实验方案的设计等，题目难度较大，最后的质量分数计算是难点，容易忽略杂质不参加反应，错误认为10.4g就是氧化铜的质量，试题培养了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力．