Question

某礦樣含有大量的CuS及少量其它不溶于酸的雜質．實驗室中以該礦樣為原料制備CuCl₂?2H₂O晶體，流程如圖1：

（1）在實驗室中，欲用37%（密度為1.19g?mL^-1）的鹽酸配制500mL 6mol?L^-1的鹽酸，需要的儀器除量筒、燒杯、玻璃棒外，還有

 

、

 

．
（2）①若在實驗室中完成系列操作a．則下列如圖2實驗操作中，不需要的是

 

（填下列各項中序號）．
②CuCl₂溶液中存在如下平衡：Cu（H₂O）₄²⁺（藍色）+4Cl^-═CuCl₄^2-（黃色）+4H₂O．
欲用實驗證明濾液A（綠色）中存在上述平衡，除濾液A外，下列試劑中，還需要的是

 

（填下列各項中序號）．
a．FeCl₃固體   b．CuCl₂固體  c．蒸餾水
（3）某化學小組欲在實驗室中研究CuS焙燒的反應過程，查閱資料得知在空氣條件下焙燒CuS時，固體質量變化曲線及SO₂生成曲線如圖所示．

①CuS礦樣在焙燒過程中，有Cu₂S、CuO?CuSO₄、CuSO₄、CuO生成，轉化順序為：CuS

①

Cu₂S

②

CuO?CuSO₄

③

CuSO₄

④

CuO
第①步轉化主要在200～300℃范圍內進行，該步轉化的化學方程式為

 

．
②300～400℃范圍內，固體質量明顯增加的原因是

 

，上圖所示過程中，CuSO₄固體能穩定存在的階段是

 

（填下列各項中序號）．
a．一階段    b、二階段    c、三階段  d、四階段
③該化學小組設計如下裝置模擬CuS礦樣在氧氣中焙燒第四階段的過程，并驗證所得氣體為SO₂和O₂的混合物．

a．裝置組裝完成后，應立即進行的一項操作是

 

．
b．當D裝置中產生白色沉淀時，便能說明第四階段所得氣體為SO₂和O₂的混合物．你認為裝置D中原來盛有的溶液為

 

溶液．
c．若原CuS礦樣的質量為10.0g，在實驗過程中，保持溫度在760℃左右持續加熱，待礦樣充分反應后，石英玻璃管內所得固體的質量為8.0g，則原礦樣中CuS的質量分數為

 

．

Answer 1

考點：探究化學反應機理,制備實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：（1）根據配制500mL 6mol?L^-1的鹽酸的步驟選擇使用的儀器；
（2）①操作a為從氯化銅溶液中得到CuCl₂?2H₂O，操作方法按照操作順序依次是：蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾，據此進行解答；
②根據影響化學平衡Cu（H₂O）₄²⁺（藍色）+4Cl^-═CuCl₄^2-（黃色）+4H₂O的因素進行分析，注意鐵離子和銅離子自身顏色會影響實驗結果；
（3）①第①步反應為氯化銅與氧氣反應生成硫化亞銅和二氧化硫，據此寫出反應的化學方程式；
②根據固體質量變化曲線及SO₂生成曲線可知，300～400℃范圍內二氧化硫含量達到最低，說明反應生成了磷酸銅，使固體質量明顯增加；根據固體為硫酸銅時固體的質量最大進行分析；
③a．反應裝置有多個儀器組合而成，實驗前必須檢查裝置的氣密性，避免氣體流出影響實驗結果、污染大氣；
b．二氧化硫與氧氣的混合氣體能夠與氯化鋇生成硫酸鋇沉淀，可以使用氯化鋇溶液檢驗；
c．溫度在760℃左右時生成的固體為氧化銅，根據銅元素質量守恒計算出硫化銅的質量及質量分數．

解答： 解：（1）配制500mL 6mol?L^-1的鹽酸需要的儀器有：量筒、燒杯、500mL容量瓶、玻璃棒外、膠頭滴管，使用還缺少：膠頭滴管、500mL容量瓶，
故答案為：膠頭滴管；500mL容量瓶；
（2）①操作a實驗的目的是從氯化銅溶液中得到CuCl₂?2H₂O，需要的操作方法按照操作順序依次是：蒸發濃縮、冷卻結晶和過濾，所以需要的裝置為a、b，不需要的為c和d，
故答案為：cd；
②CuCl₂溶液中存在如下平衡：Cu（H₂O）₄²⁺（藍色）+4Cl^-═CuCl₄^2-（黃色）+4H₂O，欲用實驗證明濾液A（綠色）中存在上述平衡，則需要改變條件，看是否有平衡移動，因此實驗中進入水后溶液藍色加深，即可證明存在平衡；不能加入氯化鐵固體或氯化銅固體，原因是鐵離子和鐵離子本身有顏色，實驗c正確，
故答案為：c；
（3）①根據CuS礦樣在焙燒過程中轉化順序可知，第①步反應為氯化銅轉化成硫化亞銅，反應的化學方程式為：2CuS+O₂

△   .

Cu₂S+SO₂，
故答案為：2CuS+O₂

△   .

Cu₂S+SO₂；
②根據圖象曲線變化可知，300～400℃范圍內固體有硫化亞銅轉化為磷酸銅，所以固體質量明顯增加；當固體質量最大時，固體的主要成分為硫酸銅，所以CuSO₄固體能穩定存在的階段為第三階段，
故答案為：Cu₂S轉化為CuSO₄；c；
③a．組裝完裝置后，在實驗前必須檢查裝置的氣密性是否良好，避免影響實驗結果，甚至污染環境，
故答案為：檢查裝置氣密性；
b．第四階段所得氣體為SO₂和O₂的混合物，二氧化硫與氧氣能夠與氯化鋇溶液反應生成難溶物硫酸鋇，所以裝置D可以使用氯化鋇溶液檢驗二氧化硫和氧氣，
故答案為：氯化鋇；
c．若原CuS礦樣的質量為10.0g，在實驗過程中，保持溫度在760℃左右持續加熱，待礦樣充分反應后，石英玻璃管內所得固體的質量為8.0g，最后得到的固體為氧化銅，氧化銅的物質的量為：

8.0g

80g/mol

=0.1mol，根據銅元素守恒，硫化銅的物質的量為0.1mol，
所以硫化銅的質量分數為：

96g/mol×0.1mol

10.0g

×100%=96%，
故答案為：96%．

點評：本題考查了一定物質的量濃度的溶液配制方法、CuCl₂?2H₂O晶體的制備方法、性質實驗方案的設計、化學平衡的影響因素等知識，題目難度較大，試題涉及的知識點較多，題量較大，充分考查了學生對書寫知識掌握情況，試題培養了學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力．