Question

5．現有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．其主要流程如圖：

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Ⅲ中的CuCl^2-中銅元素的化合價為+1，傳統工藝制銅是將銅礦砂與空氣在高溫下煅燒，使這種方
法的缺點是要消耗大量的熱能以及SO₂會導致大氣污染（完成合理的一種即可）．
（2）為使反應Ⅰ中充分進行，工業可采取的措施是粉碎固體等，反應Ⅰ生成12gFeS₂轉移的電子數為0.1N_A．
（3）反應Ⅲ的離子方程式為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，其可能的原因是該溫度下，硫酸銅的溶解度小于氯化銅．
（4）工業上煉鋼時，可將鐵紅投入熔融的生鐵中，煉鋼時為了降低含碳量，該過程中主要反應的化學方程
式是3C+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO．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溶液．
（5）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）根據化合價規則計算元素的化合價；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）粉碎固體可以增大接觸面積，加快反應速率；反應Ⅰ的化學化方程為CuFeS₂+S═FeS₂+CuS，據化合價的變化來計算；
（3）反應Ⅲ中生成銅離子，離子反應為4CuCl₂^-+O₂+4H⁺═4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O，加入硫酸能析出硫酸銅，是因為硫酸銅的溶解度小于氯化銅的溶解度；
（4）煉鋼時，可將鐵紅投入熔融的生鐵中，濾液碳和氧化鐵反應生成鐵和一氧化碳；HSO₃^-電離得到H⁺、SO₃^2-，而NH₄⁺水解使溶液酸性增強，抑制HSO₃^-電離；
（5）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：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）反應Ⅲ中的CuCl₂^-中Cl是-1價，銅元素的化合價為+1價，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：+1；SO₂會導致大氣污染；
（2）粉碎固體可以增大接觸面積，加快反應速率，則為使反應Ⅰ充分進行，工業上可采取的措施是粉碎固體等，流程中反應Ⅰ的化學化方程為CuFeS₂+S═FeS₂+CuS，
反應Ⅰ生成120gFeS₂轉移的電子1mol，所以反應Ⅰ生成12gFeS₂轉移的電子數為0.1N_A，
故答案為：粉碎固體等；0.1N_A；
（3）反應Ⅲ中生成銅離子，則離子反應為4CuCl₂^-+O₂+4H⁺═4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O，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：4CuCl₂^-+O₂+4H⁺═4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O；該溫度下，硫酸銅的溶解度小于氯化銅；
（4）煉鋼時，可將鐵紅投入熔融的生鐵中，濾液碳和氧化鐵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\;}}{\;}$2Fe+3CO↑，HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，而NH₄⁺水解：NH₄⁺+H₂O?NH₃．H₂O+H⁺，使溶液中c（H⁺）增大，抑制HSO₃^-電離，故NH₄HSO₃溶液中SO₃^2-濃度較小，
故答案為：3C+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO↑；NH₄HSO₃；
（5）發生氧化還原反應生成硫酸亞鐵，離子反應為SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺，利用14H⁺+Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O、SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺，
可知，3SO₂～Cr₂O₇^2-，
       3                     1
        x       0.02mol/L×0.025L
解得x=0.0015mol，
反應Ⅳ所得氣體中SO₂的體積分數為：$\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．