Question

13．铜是人类最早知道的金属之一，实验室可用C、H₂还原CuO制取少量的Cu，工业上主要用火法从黄铜矿中提炼Cu．
I、实验证明，C还原CuO时既可能生成Cu，也可能生成Cu₂O，即使在C过量时，实验中CuO也可能部分未被还原．为了测定某次实验产物的组成，取1.2g C跟8.0g CuO混合加热，将反应生成的气体通过足量的澄清石灰水并集气．一段时间后停止加热，共收集到560mL气体（已经折算成标准状况），测得沉淀的质量为2.5g．则：
（1）上述实验中C不完全（填“完全”或“不完全”）参加反应，实验中收集到的气体是CO（填写化学式）
（2）反应后得到的固体混合物总质量为7.4g，其中含氧化合物的物质的量为0.025mol．
Ⅱ、黄铜矿的主要成分X是由Cu、Fe、S三种元素组成的复盐，其中Cu、Fe两种元素的质量比为8：7；将m g X粉末全部溶于200 mL的浓HNO₃，反应后的溶液加水稀释至 2.12 L时测得其pH为0；将稀释后的溶液分为两等份，向其中一份溶液中滴加6.057mol/L的NaOH溶液，向另一份溶液中滴加0.600mol/LBa（NO₃）₂溶液，两溶液中均生成沉淀，且沉淀的质量随所加溶液的体积变化如图所示：

（3）请通过计算确定m的值；
（4）X的摩尔质量为368g/mol，请确定X的化学式Fe₂Cu₂S₄．

Answer 1

分析 I、（1）取1.2g C跟8.0g CuO混合加热，生成的气体应为碳的氧化物，即可能为二氧化碳和一氧化碳，将反应生成的气体通过足量的澄清石灰水后还可收集到气体，则生成物为一定有一氧化碳，沉淀为碳酸钙，说明有二氧化碳生成，根据碳元素守恒进行计算和判断；
（2）根据题意可知结合（1）的判断可知，反应后得到的固体应包含反应剩余的碳，生成的铜及Cu₂O，根据碳元素和铜元素守恒可计算出剩余的碳和生成的铜的质量，根据氧元素守恒可计算出反应后生成的固体中所含有的氧元素的物质的量，进而确定Cu₂O的质量，据此答题；
Ⅱ、（3）X是由Cu、Fe、S三种元素组成的复盐，所以该盐的质量就是各种元素的总质量和，由图象数据，氢氧化钠先中和酸，然后将铜离子、铁离子沉淀，据此来回答；
（4）根据物质相对分子质量的计算来回答．

解答 解：I、（1）沉淀为碳酸钙，其质量为2.5g，则碳酸钙中含有碳元素的物质的量为$\frac{2.5}{100}$mol=0.025mol，收集到560mL气体应为CO，其物质的量为$\frac{0.56}{22.4}$mol=0.025mol，所以生成物中共有碳元素的物质的量为0.025mol+0.025mol=0.05mol，而实验中取用了1.2g C，即为0.1mol，所以碳不完全参加反应，
故答案为：不完全；CO；
（2）根据题意可知结合（1）的计算可知，n（CO₂）=n（CO）=0.025mol，所以n（O）=0.075mol0，在8.0g CuO中n（O）=$\frac{8.0}{80}$mol=0.1mol，所以Cu₂O中n（O）=0.1mol-0.075mol=0.025mol，则n（Cu₂O）=0.025mol，m（Cu₂O）=0.025mol×144g/mol=3.6g，剩余碳的质量为1.2g-0.05mol×12g/mol=0.6g，生成铜的质量为64g/mol×（$\frac{8.0}{80}$mol-0.025mol×2）=3.2g，所以反应后得到的固体混合物总质量为3.2g+3.6g+0.6g=7.4g，
故答案为：7.4g；0.025；
Ⅱ、（3）依题意，Cu、Fe两种元素的质量比为8：7，则m g X中：n（Cu）：n（Fe）=$\frac{8}{64}$：$\frac{7}{56}$=1：1，当加水稀释至 2.12 L时测得其pH为0，此是氢离子浓度为1mol/L，根据图示数据，氢氧化钠先中和氢离子，然后将金属离子转化为沉淀，所以2n（Cu²⁺）+3n（Fe³⁺）=6.05mol•L^-1×0.2L×2-1mol•L^-1×2.12L，
故：n （Cu）=n （Fe）=0.06mol，n （S）=0.600mol•L^-1×0.1L×2=0.12mol，
因此mg=m（Cu）+m（Fe）+m（S）=0.06mol×64g•mol^-1+0.06mol×56g•mol^-1+0.12mol×32g•mol^-1=11.04g，即m的值为11.04．
答：m的值为11.04；
（4）根据（3）的计算可知，n （Cu）=n （Fe）=0.06mol，n （S）=0.600mol•L^-1×0.1L×2=0.12mol，即n （Cu）：n （Fe）：n （S）=1：1：2，所以可设X的化学式为（CuFeS₂）_n，则（64+56+32×2）×n=368，解得：n=2，所以X的化学式为Cu₂Fe₂S₄．
故答案为：Cu₂Fe₂S₄．

点评 本题考查学生确定复杂化学式的计算方法，结合图象知识考查，增加了难度，要求学生具有分析和解决问题的能力，答题时注意元素守恒思想的灵活运用．