Question

5．氯化亞銅（CuCl）廣泛應用于化工、印染、電鍍等行業．CuCl是白色固體，難溶于醇和水，可溶于氯離子濃度較大的體系，在潮濕空氣中易水解氧化．以硫化銅精礦為原料生產CuCl的工藝過程如下：

回答下列問題：
（1）CuS精礦經250℃低溫焙燒后生成CuO，步驟②中主要反應的離子方程式是CuO+2H⁺═Cu²⁺+H₂O．
（2）步驟③先加NaCl、通入SO₂時無沉淀，加水稀釋就產生大量白色沉淀，其原因是CuCl可溶于氯離子濃度較大的體系，難溶于水．
（3）步驟⑤包括用pH=2的酸洗、水洗兩步操作，酸洗采用的酸是硫酸（寫名稱）；步驟⑥醇洗的作用是快速去除CuCl表面的水分，防止其水解氧化．
（4）已知25℃，101 kPa時：S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-296.8 kJ/mol
2Cu（s）+O₂（g）═2CuO（s）△H=-314.6 kJ/mol
Cu（s）+S（s）═CuS（s）△H=-53.1 kJ/mol
步驟①中CuS與O₂反應的熱化學方程式是2CuS（s）+3O₂（g）═2CuO（s）+2SO₂（g）△H=-802.0kJ/mol．
（5）CuS晶胞結構如圖所示，其中含有硫原子的數目是2．

（6）假設上述①～③步反應完全轉化，④～⑦步操作共損失產品3.5%，反應生成的硫酸全部被循環利用，則生產100 kg 96.5%的CuCl（M_r=99.0）產品，除循環利用之外，需要處理的尾氣中含SO₂11.3m³（標準狀況）．

Answer 1

分析 CuS精礦在空氣中焙燒生成氧化銅和二氧化硫，用硫酸酸浸，氧化銅與硫酸反應生成硫酸銅，在硫酸銅溶液加入氯化鈉再通入二氧化硫，生成氯化亞銅和硫酸銅、硫酸，過濾后濾液回收，氯化亞銅經水洗、醇洗、干燥得CuCl產品，
（1）步驟②中主要反應是氧化銅與硫酸反應生成硫酸銅和水，根據電荷守恒和元素守恒書寫離子方程式；
（2）步驟③先加NaCl，氯離子濃度較大，產生的氯化亞銅能溶于氯離子濃度較大的體系，難溶于水，所以加水稀釋就產生大量白色沉淀；
（3）氯化亞銅能溶于氯離子濃度較大的體系，所以酸洗只能用硫酸不能用鹽酸，用乙醇洗滌能快速去除CuCl表面的水分，防止其水解氧化；
（4）反應①S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-296.8 kJ/mol，②2Cu（s）+O₂（g）═2CuO（s）△H=-314.6 kJ/mol，③Cu（s）+S（s）═CuS（s）△H=-53.1 kJ/mol，根據蓋斯定律，將①×2+②-③×2可得CuS與O₂反應的熱化學方程式；
（5）根據均攤法，位于60°角頂點的原子屬于該晶胞的為$\frac{1}{12}$，位于120°角頂點的原子屬于該晶胞的為$\frac{1}{6}$，根據CuS晶胞結構圖可知，還有一個硫原子位于晶胞體內，據此答題；
（6）根據④～⑦步操作共損失產品3.5%可知，生產100 kg 96.5%的CuCl，則反應③中產生的CuCl的質量為$\frac{100Kg×96.5%}{1-3.5%}$=100 kg，根據反應2CuS+3O₂═2CuO+2SO₂、2CuO+SO₂+2NaCl=2CuCl+Na₂SO₄，可知每生成1molCuCl，會產生1mol二氧化硫需要處理，據此計算．

解答 解：CuS精礦在空氣中焙燒生成氧化銅和二氧化硫，用硫酸酸浸，氧化銅與硫酸反應生成硫酸銅，在硫酸銅溶液加入氯化鈉再通入二氧化硫，生成氯化亞銅和硫酸銅、硫酸，過濾后濾液回收，氯化亞銅經水洗、醇洗、干燥得CuCl產品，
（1）步驟②中主要反應是氧化銅與硫酸反應生成硫酸銅和水，反應的離子方程式為CuO+2H⁺═Cu²⁺+H₂O，
故答案為：CuO+2H⁺═Cu²⁺+H₂O；
（2）步驟③先加NaCl，氯離子濃度較大，產生的氯化亞銅能溶于氯離子濃度較大的體系，難溶于水，所以加水稀釋就產生大量白色沉淀，
故答案為：CuCl可溶于氯離子濃度較大的體系，難溶于水；
（3）氯化亞銅能溶于氯離子濃度較大的體系，所以酸洗只能用硫酸不能用鹽酸，用乙醇洗滌能快速去除CuCl表面的水分，防止其水解氧化，
故答案為：硫酸；快速去除CuCl表面的水分，防止其水解氧化；
（4）反應①S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-296.8 kJ/mol，②2Cu（s）+O₂（g）═2CuO（s）△H=-314.6 kJ/mol，③Cu（s）+S（s）═CuS（s）△H=-53.1 kJ/mol，根據蓋斯定律，將①×2+②-③×2可得CuS與O₂反應的熱化學方程式為2CuS（s）+3O₂（g）═2CuO（s）+2SO₂（g）△H=-802.0 kJ/mol，
故答案為：2CuS（s）+3O₂（g）═2CuO（s）+2SO₂（g）△H=-802.0 kJ/mol；
（5）根據均攤法，位于60°角頂點的原子屬于該晶胞的為$\frac{1}{12}$，位于120°角頂點的原子屬于該晶胞的為$\frac{1}{6}$，根據CuS晶胞結構圖可知，還有一個硫原子位于晶胞體內，所以晶胞中含有硫原子的數目是為$\frac{1}{12}$×4+$\frac{1}{6}$×4+1=2，
故答案為：2；
（6）根據④～⑦步操作共損失產品3.5%可知，生產100 kg 96.5%的CuCl，則反應③中產生的CuCl的質量為$\frac{100Kg×96.5%}{1-3.5%}$=100 kg，根據反應2CuS+3O₂═2CuO+2SO₂、2CuO+SO₂+2NaCl=2CuCl+Na₂SO₄，可知每生成1molCuCl，會產生0.5mol二氧化硫需要處理，所以生產100 kg 96.5%的CuCl產品，需要處理的尾氣中含SO₂的體積為$\frac{100000}{99}×22.4$×0.5L=11.3m³，
故答案為：11.3．

點評 本題考查學生閱讀獲取信息的能力、常用化學用語、晶胞的分析、化學計算的應用等，側重于學生的分析能力、實驗能力和計算能力的考查，注意把握物質的性質以及反應流程，難度中等，注意（6）中利用兩個方程式進行的計算．