Question

19．硫酸銅是一種重要的化工原料，工業上常以硫酸為原料來制備硫酸銅．
（1）工業上生產硫酸的過程中，焙燒硫鐵礦時產生的廢渣是一種二次資源．
①為了從廢渣中磁選獲得品位合格的鐵精礦，可在高溫下利用CO使弱磁性Fe₂O₃轉化為強磁性Fe₃O₄．寫出該反應的化學方程式：3Fe₂O₃+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂；實驗發現，CO太多或太少都會導致磁鐵礦產率降低，原因是CO太多導致Fe₃O₄還原為鐵，CO太少，Fe₂O₃轉化成Fe₃O₄的轉化率不高．
②氯化焙燒工藝是將廢渣用氯化鈣水溶液調和、成球、高溫焙燒，廢渣中SiO₂與CaCl₂等在高溫下反應放出HCl，HCl與金屬氧化物等反應生成氯化物．反應生成的各金屬氯化物以氣態形式逸出，進而回收有色金屬和回返氯化鈣溶液．寫出氯化焙燒工藝中生成HCl的化學方程式：CaCl₂+SiO₂+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ CaSiO₃+2HCl．
（2）測定硫酸銅晶體中結晶水含量的實驗步驟如下，請補充完整．
步驟1：準確稱量一個潔凈、干燥的坩堝；
步驟2：將一定量的硫酸銅晶體試樣研細后，放入坩堝中稱重；
步驟3：將盛有試樣的坩堝加熱，待晶體變成白色粉末時，停止加熱；
步驟4：將步驟3中的坩堝放入干燥器，冷卻至室溫后，稱重；
步驟5：將步驟4中的坩堝再加熱一定時間，放入干燥器中冷卻至室溫后，稱重，重復本操作，直至兩次稱量質量差不超過0.1g；
步驟6：根據實驗數據計算硫酸銅晶體試樣中結晶中的質量分數．
（3）已知硫酸銅晶體受熱可以逐步失去結晶水，溫度升高還可以分解生成銅的氧化物．現取25.0gCuSO₄•5H₂O晶體均勻受熱，緩慢升溫至1200℃并恒溫1h，實驗測得固體殘留率（剩余固體的質量/原始固體質量）與溫度的關系如圖所示：
在110℃時所得固體的成分為CuSO₄•3H₂O；升溫至1200℃并恒溫1h，反應所得氣態產物除去水后，物質的量的取值范圍是0.125mol＜n（氣體）＜0.175mol．

Answer 1

分析 （1）①根據高溫下利用CO使弱磁性Fe₂O₃轉化為強磁性Fe₃O₄，利用質量守恒確定產物并配平；CO太多導致Fe₃O₄還原為鐵，CO太少，Fe₂O₃轉化成Fe₃O₄的轉化率不高；
②由題意可知：廢渣中SiO₂與CaCl₂等在高溫下反應放出HCl，所以水參加反應，所以化學方程式為CaCl₂+SiO₂+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ CaSiO₃+2HCl；
（2）根據直至兩次稱量質量差不超過0.1g確定完全失水；
 （3）由圖示數據可知，失去水的質量為：25.0g×14.4%=3.6g，根據關系式：CuSO₄•5H₂O～CuSO₄•XH₂O利用差量法求出X，從而得出化學式；1 000℃并恒溫1小時左右，固體殘留率為：28.8%，所以剩余固體的質量為：25g×28.8%=7.2g，根據Cu原子守恒可知Cu₂O為0.05mol，所以固體反應產物只有Cu₂O，反應方程式為：4CuO$\frac{\underline{\;1000℃～1200℃\;}}{\;}$ 2Cu₂O+O₂（g），則650℃～1000℃發生反應方程式為：CuSO₄ $\frac{\underline{\;650℃～1000℃\;}}{\;}$CuO+SO₃（g），而0.1mol硫酸銅晶體分解后得到0.1mol SO₃和0.025mol O₂，如0.1mol SO₃完全分解將得到0.15mol的混合氣體，然后計算．

解答 解：（1）①CO使弱磁性Fe₂O₃轉化為強磁性Fe₃O₄和CO₂，方程式為：3Fe₂O₃+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂；CO太多導致Fe₃O₄還原為鐵，CO太少，Fe₂O₃轉化成Fe₃O₄的轉化率不高，所以CO太多或太少都會導致磁鐵礦產率降低，
故答案為：3Fe₂O₃+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂；CO太多導致Fe₃O₄還原為鐵，CO太少，Fe₂O₃轉化成Fe₃O₄的轉化率不高；
②廢渣中SiO₂與CaCl₂等在高溫下反應放出HCl，所以水參加反應，所以化學方程式為：CaCl₂+SiO₂+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ CaSiO₃+2HCl，
故答案為：CaCl₂+SiO₂+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ CaSiO₃+2HCl；
（2）將步驟4中的坩堝再加熱一定時間，放入干燥器中冷卻至室溫后，稱重，重復本操作，直至兩次稱量質量差不超過0.1g，
故答案為：將步驟4中的坩堝再加熱一定時間，放入干燥器中冷卻至室溫后，稱重，重復本操作，直至兩次稱量質量差不超過0.1g；
（3）CuSO₄•5H₂O～CuSO₄•XH₂O△m
        250                18（5-x）
       25.0g                 3.6g
則$\frac{250}{25g}=\frac{18（5-x）}{3.6g}$，
解得：X=3，所以在110℃時所得固體的成分為CuSO₄•3H₂O；
25.0g CuSO₄•5H₂O的物質的量為：$\frac{25.0g}{250g/mol}$=0.1mol，則 CuSO₄的物質的量為0.1mol；
1 000℃并恒溫1小時左右，固體殘留率為：28.8%，所以剩余固體的質量為：25g×28.8%=7.2g，根據Cu原子守恒可知Cu₂O為0.05mol，所以固體反應產物只有Cu₂O，反應方程式為：4CuO$\frac{\underline{\;1000℃～1200℃\;}}{\;}$ 2Cu₂O+O₂（g）和2SO₃$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$2SO₂+O₂，則650℃～1000℃發生反應方程式為：CuSO₄ $\frac{\underline{\;650℃～1000℃\;}}{\;}$CuO+SO₃（g），而0.1mol硫酸銅晶體分解后得到0.1mol SO₃和0.025mol O₂，如0.1mol SO₃完全分解將得到0.15mol的混合氣體，氣體的物質的量在0.125mol～0.175mol之間，
故答案為：CuSO₄•3H₂O； 0.125mol＜n（氣體）＜0.175mol．

點評 本題主要考查了硫酸銅晶體中結晶水含量的測定、硫酸銅晶體分解產物的確定，注意差量法的使用和化學計算，難度中等．