Question

20．某興趣小組對銅與濃硫酸反應產生的黑色沉淀（可能含有CuO、CuS、Cu₂S，其中CuS和 Cu₂S不溶于稀鹽酸、稀硫酸）進行探究，實驗步驟如下：
Ⅰ．將光亮銅絲插人濃硫酸，加熱；
Ⅱ．待產生大量黑色沉淀和氣體時，抽出銅絲，停止加熱；
Ⅲ．冷卻后，從反應后的混合物中分離出黑色沉淀，洗凈、干燥備用．
回答下列問題：
（1）步驟Ⅱ產生氣體的化學式為SO₂．
（2）向含微量 Cu²⁺試液中滴加K₄[Fe（CN）₆]溶液，能產生紅褐色沉淀．現將少量黑色沉淀放入稀硫酸中，充分振蕩以后，再滴加K₄[Fe（CN）₆]溶液，未見紅褐色沉淀，由此所得結論是黑色沉淀中不含有CuO．
（3）為證明黑色沉淀含有銅的硫化物，進行如下實驗：

裝置	現象	結論及解釋
	①A試管中黑色沉淀逐漸溶解 ②A試管上方出現紅棕色氣體 ③B試管中出現白色沉淀	a．現象②說明褐色沉淀具有 還原性． b．試管B中產生白色沉淀的總反應的離子方程式為 NO2+SO2+Ba2++H2O═BaSO4↓+NO↑+2H+

（4）CuS固體能溶于熱的濃硫酸，請用有關平衡移動原理加以解釋：CuS存在溶解平衡CuS（s）?Cu²⁺（aq）+S^2-（aq），熱的濃硫酸將S^2-氧化，使S^2-濃度減小，促進上述平衡向正向移動，使CuS溶解．
（5）為測定黑色沉淀中Cu₂S 的百分含量，取0.2g 步驟Ⅰ所得黑色沉淀，在酸性溶液中用 40.0mL 0.075mol/L KMnO₄溶液處理，發生反應如下：
8MnO₄^-+5Cu₂S+44H⁺═10Cu²⁺+5SO₂↑+8Mn²⁺+22H₂O
6MnO₄^-+5CuS+28H⁺═5Cu²⁺+5SO₂↑+6Mn²⁺+14H₂O
反應后煮沸溶液，趕盡SO₂，過量的高錳酸鉀溶液恰好與35.0mL 0.1mol/L （NH₄）₂Fe（SO₄）₂ 溶液反應完全．則混合物中Cu₂S 的質量分數為40%．

Answer 1

分析 （1）根據銅與濃硫酸反應生成二氧化硫氣體進行解答；
（2）根據題中信息中檢驗銅離子的方法對②進行分析，然后得出正確結論；
（3）a、紅棕色氣體為二氧化氮，說明稀硝酸被還原生成一氧化氮，黑色固體具有還原性；
b、根據反應現象③可知黑色固體與稀硝酸反應生成了二氧化硫，證明黑色固體中含有硫元素；二氧化氮、二氧化硫的混合氣體能夠與氯化鋇反應生成硫酸鋇沉淀，據此寫出反應的離子方程式；
（4）CuS在溶液中存在沉淀溶解平衡，根據平衡移動分析；
（5）依據滴定實驗數據計算剩余高錳酸鉀物質的量，得到和硫化亞銅、硫化銅反應的高錳酸鉀物質的量，依據反應的離子方程式列式計算得到．

解答 解：（1）Cu與濃硫酸反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，反應為Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2SO₂↑+2H₂O，步驟Ⅱ產生的氣體是SO₂，
故答案為：SO₂；
（2）向試液中滴加K₄[Fe（CN）₆]溶液，若產生紅褐色沉淀，證明有Cu²⁺，根據②將黑色沉淀放入稀硫酸中，一段時間后，滴加K₄[Fe（CN）₆]溶液，未見紅褐色沉淀可知，黑色固體中一定不含CuO，
故答案為：黑色沉淀中不含有CuO；
（3）a、A試管內上方出現紅棕色氣體，說明反應中有一氧化氮生成，證明了黑色固體具有還原性，在反應中被氧化，
故答案為：還原；
b、根據反應現象③B試管中出現白色沉淀可知，白色沉淀為硫酸鋇，說明黑色固體中含有硫元素；發生反應的離子方程式為：NO₂+SO₂+Ba²⁺+H₂O═BaSO₄↓+NO↑+2H⁺，
故答案為：NO₂+SO₂+Ba²⁺+H₂O═BaSO₄↓+NO↑+2H⁺；
（4）CuS難溶于水，在水溶液中會有很少量的Cu溶解，溶液中存在沉淀溶解平衡，CuS（s）?Cu²⁺（aq）+S^2-（aq），熱的濃硫酸將S^2-氧化，使S^2-濃度減小，促進上述平衡向正向移動，使CuS溶解；
故答案為：CuS存在溶解平衡CuS（s）?Cu²⁺（aq）+S^2-（aq），熱的濃硫酸將S^2-氧化，使S^2-濃度減小，促進上述平衡向正向移動，使CuS溶解；
（5）發生的反應為：
8MnO₄^-+5Cu₂S+44H⁺═10Cu²⁺+5SO₂↑+8Mn²⁺+22H₂O
6MnO₄^-+5CuS+28H⁺═5Cu²⁺+5SO₂↑+6Mn²⁺+14H₂O
MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
設Cu₂S、CuS的物質的量分別為x、y，
與Cu₂S、CuS反應后剩余KMnO₄的物質的量：0.035L×0.1mol/L×$\frac{1}{5}$=0.0007mol，
160x+96y=0.2
$\frac{8x}{5}$+$\frac{6y}{5}$=0.04×0.075-0.0007
解得x=0.0005mol，
Cu₂S的質量分數：$\frac{0.0005mol×160g/mol}{0.2g}$×100%=40%，
故答案為：40%．

點評 本題考查了濃硫酸的化學性質、性質實驗方案的設計，題目難度中等，試題涉及的題量稍大，知識點較多，理解題中信息是解題關鍵，試題培養了學生的分析、理解能力．