Question

3．現有一種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）從黃銅礦冶煉粗銅的傳統工藝是將精選后的富銅礦砂與空氣在高溫下煅燒，使其轉變為銅．這種方法的缺點是SO₂會導致大氣污染，同時要消耗大量的熱能．
（2）反應I的產物為FeS₂、CuS（填化學式）．
（3）反應Ⅲ的離子方程式為4CuCl₂^-+O₂+4H⁺═4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O．
（4）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，其原因是該溫度下，硫酸銅的溶解度小于氯化銅．
（5）黃銅礦中Fe的化合價為+2，關于反應：8CuFeS₂+21O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 8Cu+4FeO+2Fe₂O₃+16SO₂，下列說法中正確的是BCD．
A．反應中被還原的元素只有氧
B．反應生成的SO₂直接排放會污染環境
C．SO₂既是氧化產物又是還原產物
D．當有8mol銅生成時，轉移電子數目為100N_A
（6）某硫酸廠為測定反應Ⅳ所得氣體中SO₂的體積分數，取280mL（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0.020 00mol/L．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）．
①SO₂通入Fe₂（SO₄）₃溶液，發生反應的離子方程式為SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺；
②反應Ⅳ所得氣體中SO₂的體積分數為12.00%．

Answer 1

分析 （1）富銅礦砂與空氣在高溫下煅燒，使其轉變為銅，反應產物有污染性氣體二氧化硫生成；
（2）由流程可知，黃鐵礦分解生成的Fe、Cu均為+2價；
（3）反應Ⅲ中生成銅離子；
（4）考慮產物的溶解度，溶解度小的先從溶液中析出；
（5）分析化合價變化，根據化合價的變化來判斷和計算；
（6）①發生氧化還原反應生成硫酸亞鐵；
②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：（1）富銅礦砂與空氣在高溫下煅燒，要消耗大量的熱能，生成SO₂會導致大氣污染，故答案為：SO₂會導致大氣污染，同時要消耗大量的熱能；
（2）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；
（3）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；
（4）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；
（5）A．反應中被還原的除了O元素還有Cu元素，故A錯誤；B．二氧化硫為大氣污染物，故B正確；C．從S元素化合價變化看，二氧化硫為氧化產物，從O元素化合價變化看，二氧化硫為還原產物，故C正確；D.8CuFeS₂反應轉移電子為8×2+21×4=100，故D正確，故選B、C、D；
（6）①發生氧化還原反應生成硫酸亞鐵，離子反應為SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺，故答案為：SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺；
②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：$\frac{0.0015mol}{0.28L/22.4L/mol}$×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．