Question

銅、鐵都是變價元素，它們都能形成多種化合物，如氧化物、硫化物、鹵化物、配合物，還有含氧酸鹽等等．現代工業煉銅主要以黃銅礦為原料．某黃銅礦的主要成分X是由Cu、Fe、S三種元素組成的復鹽，其中Cu、Fe兩種元素的質量比為8：7，X的摩爾質量為368g?mol^-1．取一定質量的X粉末溶于足量濃硝酸（假設還原產物只有NO₂），將反應后的溶液加水稀釋至1L，再將稀釋后的溶液分成兩等份：向其中一份加入足量稀NaOH溶液，攪拌，過濾、洗滌、灼燒，得粉末4.8g；向另一份溶液中加入足量Ba（NO₃）₂溶液，得沉淀13.98g．
（1）X的化學式

 

．下列物質中屬于復鹽的是

 

A．Na₃AlF₆                B．KAl（SO₄）₂?12H₂O
C．Ca（NO₃）Cl              D．（NH₄）₂SO₄?FeSO₄?6H₂O
（2）X溶于濃硝酸的離子方程式

 

（3）以黃銅礦為原料，采用火法煉銅所得粗銅含少量Fe、Ag、Au等金屬雜質，要得到高純銅，需進行電解精煉．上述粗銅電解精煉時陽極發生的電極反應有

 

．
（4）混合溶液中的Cu²⁺和Fe³⁺可以采用紙層析法分離．氨熏顯色時，Cu²⁺與足量氨水發生反應的離子方程式

 

（5）CuCl₂易溶于水，也易溶于一些有機溶劑，如乙醇或丙酮，說明CuCl₂具有較強的共價性．研究表明，無水CuCl₂為無限長鏈的聚合物結構．每個Cu原子處于4個Cl原子形成的正方形的中心．畫出它的長鏈結構片段（含3個Cu原子的片段）

 

（6）紅磚含有氧化鐵，青磚含有氧化亞鐵或四氧化三鐵．瓷器外面都有一層釉，隨著鐵元素含量的增加，釉的顏色加深．設計實驗驗證某種青瓷釉中含有四氧化三鐵

 

．

Answer 1

考點：復雜化學式的確定,電解原理,含硫物質的性質及綜合應用,銅金屬及其重要化合物的主要性質

專題：計算題,元素及其化合物

分析：（1）根據題干信息結合質量守恒定律計算出X中Fe、Cu、S的物質的量之比，再根據X的摩爾質量確定其化學式；根據復鹽的概念及組成特點進行判斷；
（2）X的化學式為Cu₂Fe₂S₄，溶于濃硝酸后反應生成鐵離子、銅離子、硫酸根離子和二氧化氮氣體，據此寫出反應的離子方程式；
（3）鐵活潑性大于銅，Ag、Au的活潑性小于銅，電解過程中鐵優先放電生成亞鐵離子，然后銅失去電子生成鐵離子，而Ag、Au不發生反應；
（4）銅離子與過量的氨水反應生成可溶性的Cu（NH₃）₄²⁺；
（5）根據“每個Cu原子處于4個Cl原子形成的正方形的中心”畫出滿足條件的含3個Cu原子的片段；
（6）四氧化三鐵中含有鐵離子和亞鐵離子，分別根據具有鐵離子和亞鐵離子的方法設計實驗證明青瓷釉中含有四氧化三鐵．

解答： 解：（1）Cu、Fe兩種元素的質量比為8：7，則X中：n（Cu）：n（Fe）=

8

64

：

7

56

=1：1，設每等份溶液中含有銅離子、鐵離子的物質的量為x，向其中一份加入足量稀NaOH溶液，攪拌，過濾、洗滌、灼燒，得粉末4.8g，4.8g為氧化鐵、氧化銅的混合物，根據質量守恒可得：80x+

1

2

x×160=4.8，解得x=0.03mol，即n（Cu）=n（Fe）=0.03mol；
向另一份溶液中加入足量Ba（NO₃）₂溶液，得沉淀13.98g，沉淀為硫酸鋇，根據質量守恒，則n（S）=n（BaSO₄）=

13.98g

233g/mol

=0.06mol，
該黃銅礦中Cu、Fe、S的物質的量之比為：0.03mol：0.03mol：0.06mol=1：1：2，最簡式為：CuFeS₂，設X的化學式為：（CuFeS₂）_n，則（64+56+32×2）×n=368，解得：n=2，故X的化學式為Cu₂Fe₂S₄；
A．復鹽可以電離出兩種金屬離子（包括銨根離子），冰晶石電離出的是鈉離子和六氟合鋁酸根離子，化學式[AlF₆]^3-，帶三個負電荷，不符合復鹽的特點，故A錯誤；
B．KAl（SO₄）₂?12H₂O溶于水電離出鉀離子和鋁離子，所以明礬為復鹽，故B正確；
C．Ca（NO₃）Cl溶于水電離出的陽離子只有鈣離子，不滿足復鹽的特點，故C錯誤；
D．（NH₄）₂SO₄?FeSO₄?6H₂O溶于水能夠電離出銨根離子和鐵離子，滿足復鹽的特點，故D正確；
故答案為：Cu₂Fe₂S₄或 Cu₂S?Fe₂S₃；BD；
（2）根據計算可知，X的化學式為：Cu₂Fe₂S₄，Cu₂Fe₂S₄與濃硝酸反應生成鐵離子、銅離子、硫酸根離子、二氧化氮氣體和水，反應的離子方程式為：Cu₂Fe₂S₄+36H⁺+34NO₃^-=2Cu²⁺+2Fe³⁺+4SO₄^2-+34NO₂↑+18H₂O，
故答案為：Cu₂Fe₂S₄+36H⁺+34NO₃^-=2Cu²⁺+2Fe³⁺+4SO₄^2-+34NO₂↑+18H₂O；
（3）雜質鐵優先放電生成亞鐵離子：Fe-2e^-=Fe²⁺，然后銅放電生成銅離子：Cu-2e^-=Cu²⁺，而Ag、Au的活潑性小于銅，電解過程中不放電，沉淀下來變成電解泥，
故答案為：Cu-2e^-=Cu²⁺、Fe-2e^-=Fe²⁺；
（4）Cu²⁺與少量氨水反應生成氫氧化銅沉淀，當氨水過量時，氫氧化銅沉淀溶解，所以銅離子與過量氨水反應的離子方程式為：Cu²⁺+4NH₃?H₂O=Cu（NH₃）₄²⁺+4H₂O，
故答案為：Cu²⁺+4NH₃?H₂O=Cu（NH₃）₄²⁺+4H₂O；
（5）CuCl₂具有較強的共價性，無水CuCl₂為無限長鏈的聚合物結構，每個Cu原子處于4個Cl原子形成的正方形的中心，則它的長鏈結構片段（含3個Cu原子的片段）為：，故答案為：；

（6）驗證某種青瓷釉中含有四氧化三鐵，可以分別檢驗亞鐵離子和鐵離子即可，方法為：取少量青瓷釉樣品于研缽研碎，轉移到小燒杯，加入鹽酸溶解，靜置；取兩份上層清液于試管，一份中加入KSCN溶液，出現紅色，說明有Fe³⁺；另一份加入酸性KMnO₄溶液，紫紅色褪去，說明含有Fe²⁺，
故答案為：取少量青瓷釉樣品于研缽研碎，轉移到小燒杯，加入鹽酸溶解，靜置；取兩份上層清液于試管，一份中加入KSCN溶液，出現紅色，說明有Fe³⁺；另一份加入酸性KMnO₄溶液，紫紅色褪去，說明含有Fe²⁺．

點評：本題考查了化學實驗方案的設計、復雜化學式的確定、電解原理、離子方程式書寫等知識，題目難度較大，試題涉及的知識點較多，充分考查了學生對所學知識的正確情況，（1）為難點，注意明確復雜化學式的確定方法．