Question

11．一種以黃銅礦和硫磺為原料制取銅和其他產物的新工藝，原料的綜合利用率較高．其主要流程如下：

注：反應Ⅱ的離子方程式為Cu²⁺+CuS+4Cl^-═2[CuCl₂]^-+S↓
請回答下列問題：
（1）反應Ⅰ的產物為FeS₂、CuS（填化學式）．
（2）反應Ⅲ的離子方程式為4CuCl₂^-+O₂+4H⁺=4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O．
（3）一定溫度下，在反應Ⅲ所得的溶液中加入稀硫酸，可以析出硫酸銅晶體，其可能的原因是
該溫度下，硫酸銅的溶解度小于氯化銅，加入硫酸，有利于析出硫酸銅晶體．
（4）煉鋼時為了降低含碳量，可將鐵紅投入熔融的生鐵中，該過程中主要反應的化學方程式是
3C+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe+3CO↑．
（5）寫出能證明SO₂具有氧化性且現象明顯的化學方程式SO₂+2H₂S=3S↓+2H₂O．
工業上可以用NaOH溶液或氨水吸收過量的SO₂，分別生成NaHSO₃、NH₄HSO₃，其水溶液均呈酸性，相同條件下，同濃度的兩種水溶液中c（SO₃^2-）較小的是NH₄HSO₃．
（6）某硫酸廠為測定反應Ⅳ所得氣體中SO₂的體積分數，取280mL（已折算成標準狀況）氣體樣品與足量Fe₂（SO₄）₃溶液完全反應后，用濃度為0.02000mol•L^-1的K₂Cr₂O₇標準溶液滴定至終點，消耗K₂Cr₂O₇溶液25.00mL．已知：Cr₂O₇^2-+Fe²⁺+H⁺→Cr³⁺+Fe³⁺+H₂O（未配平）反應Ⅳ所得氣體中SO₂的體積分數為12.00%．

Answer 1

分析 流程中反應Ⅰ的化學化方程為CuFeS₂+S═FeS₂+CuS，黃銅礦與S在高溫下煅燒，使其轉變為FeS₂、CuS，加入HCl、NaCl、CuCl₂混合溶液 發生反應Cu²⁺+CuS+4Cl^-=2[CuCl₂]^-+S↓，過濾得到濾液中通入空氣發生反應4CuCl₂^-+O₂+4H⁺=4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O，一定溫度下，在反應Ⅲ所得的溶液中加入稀硫酸，可以析出硫酸銅晶體，結晶分離得到硫酸銅晶體，加入鐵還原溶液得到銅；濾渣分離得到FeS和S，
（1）由流程可知，黃鐵礦分解生成的Fe、Cu均為+2價；
（2）反應Ⅲ中生成銅離子；
（3）考慮產物的溶解度，溶解度小的先從溶液中析出；
（4）煉鋼時為了降低含碳量，可將鐵紅投入熔融的生鐵中，氧化鐵和碳反應生成鐵和一氧化碳；
（5）二氧化硫中硫元素化合價+4價，處于硫元素的中間價態，表現氧化性可以利用二氧化硫和硫化氫反應生成淡黃色沉淀硫單質，NaHSO₃、NH₄HSO₃，其水溶液均呈酸性，亞硫酸氫鈉溶液中亞硫酸氫根離子電離程度大于其水解程度，亞硫酸氫銨溶液中銨根離子水解程度大于亞硫酸氫根水解程度溶液顯酸性；
（6）SO₂通入Fe（SO₄）₃溶液中，發生氧化還原反應生成硫酸亞鐵；利用14H⁺+Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O、SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺，可知，3SO₂～Cr₂O₇^2-，以此計算．

解答 解：銅礦與S在高溫下煅燒，使其轉變為FeS₂、CuS，加入HCl、NaCl、CuCl₂混合溶液 發生反應Cu²⁺+CuS+4Cl^-=2[CuCl₂]^-+S↓，過濾得到濾液中通入空氣發生反應4CuCl₂^-+O₂+4H⁺=4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O，一定溫度下，在反應Ⅲ所得的溶液中加入稀硫酸，可以析出硫酸銅晶體，結晶分離得到硫酸銅晶體，加入鐵還原溶液得到銅；濾渣分離得到FeS和S，FeS₂通入空氣灼燒得到氧化鐵和二氧化硫，氧化鐵煉鋼，二氧化硫制備硫酸，
（1）由流程可知，黃鐵礦分解生成的Fe、Cu均為+2價，則反應I的產物為FeS₂、CuS，
故答案為：FeS₂、CuS；
（2）反應Ⅲ中生成銅離子，則離子反應為4CuCl₂^-+O₂+4H⁺═4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O，
故答案為：4CuCl₂^-+O₂+4H⁺═4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O；
（3）相同條件下硫酸銅的溶解度小，則該溫度下，硫酸銅的溶解度小于氯化銅，所以向反應Ⅲ所得的溶液中加入稀硫酸，可以析出硫酸銅晶體，
故答案為：該溫度下，硫酸銅的溶解度小于氯化銅、加入硫酸，有利于析出硫酸銅晶體；
（4）煉鋼時為了降低含碳量，可將鐵紅投入熔融的生鐵中，氧化鐵和碳反應生成鐵和一氧化碳，反應的化學方程式為：3C+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe+3CO↑，
故答案為：3C+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe+3CO↑；
（5）二氧化硫中硫元素化合價+4價，處于硫元素的中間價態，表現氧化性可以利用二氧化硫和硫化氫反應生成淡黃色沉淀硫單質，反應的化學方程式為：SO₂+2H₂S=3S↓+2H₂O，NaHSO₃、NH₄HSO₃，其水溶液均呈酸性，亞硫酸氫鈉溶液中亞硫酸氫根離子電離程度大于其水解程度，亞硫酸氫銨溶液中銨根離子水解程度大于亞硫酸氫根水解程度溶液顯酸性，相同條件下，同濃度的兩種水溶液中c（SO₃^2-）較小的是NH₄HSO₃，
故答案為：SO₂+2H₂S=3S↓+2H₂O； NH₄HSO₃；
（6）利用14H⁺+Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O、SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺，
可知，3SO₂～Cr₂O₇^2-，
      3                 1
      x       0.02mol/L×0.025L
解得x=0.0015mol，
 反應Ⅳ所得氣體中SO₂的體積分數為：$\frac{0.0015mol}{\frac{0.28L}{22.4L/mol}}$×100%=12.00%，
故答案為：12.00%．

點評 本題以實際化工生產“黃銅礦的綜合利用”為背景，考查了元素化合物知識，離子方程式和化學方程式的書寫及有關計算，題目更注重考查學生利用化學原理來解決實際問題的能力，利用關系式計算可簡化計算，題目難度中等．