Question

9．工业上用辉铜矿（主要成分Cu₂S，含Fe₃O₄、SiO₂杂质）为原料，生产硫酸铜晶体的工艺流程如下：

已知：①固体B为氧化物组成的混合物　　②[Cu（NH₃）₄]²⁺（aq）═Cu²⁺（aq）+4NH₃（aq）
（1）气体X是SO₂，高温下在过量空气中煅烧辉铜矿时，Cu₂S发生反应的方程式为：Cu₂S+2O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CuO+SO₂．
（2）固体B酸溶时加入稀硫酸和H₂O₂，目的是溶解CuO、Fe₃O₄，并将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，不用浓硫酸的原因是浓硫酸与Fe²⁺反应会生成对环境有污染的SO₂．
（3）由溶液E获得硫酸铜晶体的实验操作I的方法是蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤、烘干．
（4）0.80gCuSO₄•5H₂O样品受热脱水过程的热重曲线（样品质量随温度变化的曲线）如图所示．

①试确定200℃时固体物质的化学式CuSO₄•H₂O；
②取270℃所得样品，于570℃灼烧得到的主要产物是黑色粉末和一种氧化性气体，该反应的化学方程式为CuSO₄ $\frac{\underline{\;570℃\;}}{\;}$CuO+SO₃↑．把该黑色粉末溶解于稀硫酸中，经浓缩、冷却，有晶体析出，该晶体的化学式为CuSO₄ $\frac{\underline{\;570℃\;}}{\;}$CuO+SO₃↑；，其存在的最高温度是102℃．

Answer 1

分析 辉铜矿通入氧气充分煅烧，生成二氧化硫气体和固体CuO、Fe₃O₄，加入盐酸得到含有Cu²⁺、Fe³⁺的溶液，加入过量氨水，可得到[Cu（NH₃）₄]²⁺和Fe（HO）₃，[Cu（NH₃）₄]²⁺经加热可得到CuO，加入硫酸得到硫酸铜溶液，经蒸发浓缩、冷却结晶后可得到硫酸铜晶体，
（1）根据图示，Cu₂S与O₂的反应为氧化还原反应生成铜和二氧化硫；
（2）固体B为氧化物组成的混合物，酸溶时加入稀硫酸和H₂O₂，目的是溶解CuO、Fe₃O₄，并将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；根据浓硫酸氧化Fe²⁺反应会生成对环境有污染的SO₂；
（3）由溶液E获得硫酸铜晶体的实验操作I的方法是蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤、烘干；
（4）①由图分析可知，CuSO₄•5H₂O受热到102℃时开始脱水分解，113℃时可得到较稳定的一种中间物，到258℃时才会继续分解；在200℃时失去的水的质量为0.80g-0.57g=0.23g，根据相应的化学方程式即可确定此时固体物质的化学式；
②温度为570℃灼烧得到的黑色粉末是CuO，氧化性气体则为SO₃，反应方程式为：CuSO₄ $\frac{\underline{\;570℃\;}}{\;}$CuO+SO₃↑；CuO与稀硫酸反应的产物是硫酸铜和水，蒸发浓缩、冷却得到的晶体为CuSO₄•5H₂O；根据图象分析其存在的最高102℃．

解答 解：辉铜矿通入氧气充分煅烧，生成二氧化硫气体和固体CuO、Fe₃O₄，加入盐酸得到含有Cu²⁺、Fe³⁺的溶液，加入过量氨水，可得到[Cu（NH₃）₄]²⁺和Fe（HO）₃，[Cu（NH₃）₄]²⁺经加热可得到CuO，加入硫酸得到硫酸铜溶液，经蒸发浓缩、冷却结晶后可得到硫酸铜晶体，
（1）根据图示，Cu₂S与O₂的反应为氧化还原反应生成铜和二氧化硫，方程式为：Cu₂S+2O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CuO+SO₂，所以气体X是SO₂；
故答案为：SO₂；Cu₂S+2O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CuO+SO₂；
（2）固体B为氧化物组成的混合物，酸溶时加入稀硫酸和H₂O₂，目的是溶解CuO、Fe₃O₄，并将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；因为浓硫酸氧化Fe²⁺反应会生成对环境有污染的SO₂，所以不用，
故答案为：溶解CuO、Fe₃O₄，并将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；浓硫酸与Fe²⁺反应会生成对环境有污染的SO₂；
（3）由溶液E获得硫酸铜晶体的实验操作I的方法是蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤、烘干，
故答案为：过滤、洗涤；
（4）①CuSO₄•5H₂O受热到102℃时开始脱水分解，113℃时可得到较稳定的一种中间物，到258℃时才会继续分解．在200℃时失去的水的质量为0.80g-0.57g=0.23g，
根据反应的化学方程式：
CuSO₄•5H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄•（5-n）H₂O+nH₂O
250                           18n
0.80g                      0.80g-0.57g=0.23g
$\frac{250}{18n}=\frac{0.80g}{0.23g}$，解得n=4，
200℃时该固体物质的化学式为CuSO₄•H₂O，
故答案为CuSO₄•H₂O；
②温度为570℃灼烧得到的黑色粉末应是CuO，氧化性气体则为SO₃，反应方程式为：CuSO₄ $\frac{\underline{\;570℃\;}}{\;}$CuO+SO₃↑；CuO与稀硫酸反应的产物是硫酸铜和水，蒸发浓缩、冷却得到的晶体为CuSO₄•5H₂O；其存在的最高102℃，
故答案为：CuSO₄ $\frac{\underline{\;570℃\;}}{\;}$CuO+SO₃↑； CuSO₄•5H₂O；102℃．

点评 本题考查了物质分离提纯的方法和流程判断，主要是物质性质的理解应用和实验基本操作，掌握基础是关键，题目难度中等．