Question

7．銅及其化合物在工農業生產中有著廣泛的用途．
（1）工業上常用黃銅礦（主要成分CuFeS₂）為原料冶煉銅，其反應過程主要為：
①2CuFeS₂+4O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Cu₂S+3SO₂+2FeO；②2Cu₂S+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2SO₂+2Cu₂O；
③將①、②反應中含銅化合物混合高溫即得到一定純度的銅，同時產生在常溫下為氣體的一種化合物．反應③的化學方程式為2Cu₂O+Cu₂S$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6Cu+SO₂↑
（2）Cu₂O呈紅色，能溶于鹽酸等強酸溶液，得到藍色溶液和紅色固體．上述反應③中，很可能得到泡銅（Cu、Cu₂O的混合物）．為驗證反應③的固體產物是否含Cu₂O，現提供以下試劑加以確認，不可能使用的是CD（填序號）
A．稀硫酸    B．稀鹽酸    C．硝酸    D．濃硫酸
驗證過中發生反應的離子方程式為Cu₂O+2H⁺═Cu+Cu²⁺+H₂O．
有一種簡單且符合綠色化學要求的實驗方案，可以將Cu₂O紅色沉淀轉化為硫酸銅溶液待用，實驗過程對環境友好且能實現零排放．請寫出該過程可能涉及的反應方程式：
（3）銅板印刷電路的刻蝕廢液中含有大量的CuCl₂、FeCl₂、FeCl₃，任意排放將導致環境污染和資源的浪費，為了使FeCl₃循環利用和回收CuCl₂，回收過程如圖：
試劑X的化學式為CuO；若常溫下1L廢液中含CuCl₂、FeCl₂、FeCl₃的物質的量濃度均為0.5mol•L^-1，則加入Cl₂和物質X使溶液的pH在3.0～4.3范圍內時（設溶液體
積保持不變），鐵元素完全轉化為Fe（OH）₃，而CuCl₂不產生沉淀．（Ksp[Fe（OH）₃]=1.0×10^-38，
Ksp[Cu（OH）₂]=2.0×10^-20）

Answer 1

分析 （1）Cu₂S與Cu₂O在高溫下反應生成Cu，同時產生在常溫下為氣體的一種化合物，根據元素守恒分析；
（2）Cu與非氧化性酸不反應，若含Cu₂O，加非氧化性酸得到藍色溶液，以此鑒別；
（3）①W中含有CuCl₂、FeCl₃，加入X使鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，加入的X由于調節溶液pH值，且不引入雜質，X為CuO等，氫氧化鐵與Y轉化為氯化鐵而重復利用，Y為鹽酸；
②根據銅離子濃度計算溶液的最大pH值，當溶液中鐵離子濃度為10^-5mol/L時沉淀完全，溶液的最小pH值，據此根據溶度積計算溶液中氫氧根濃度，進而計算溶液pH值．

解答 解：（1）①、②反應中含銅化合物Cu₂S與Cu₂O在高溫下反應生成Cu，同時產生在常溫下為氣體的一種化合物，由元素守恒可知，生成了二氧化硫氣體，則反應的方程式為：2Cu₂O+Cu₂S$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6Cu+SO₂↑；
故答案為：2Cu₂O+Cu₂S$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6Cu+SO₂↑；
（2）為驗證反應③的固體產物是否含Cu₂O，可以用非氧化性酸檢驗，其反應的離子方程式為Cu₂O+2H⁺═Cu+Cu²⁺+H₂O，而Cu與非氧化性酸不反應，加稀硫酸或稀鹽酸若得到藍色溶液，則證明含Cu₂O，否則不含；而稀硝酸、濃硫酸均具有強氧化性，與Cu反應，則不能檢驗；
故答案為：CD；Cu₂O+2H⁺═Cu+Cu²⁺+H₂O；
（3）①W中含有CuCl₂、FeCl₃，加入X使鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，加入的X由于調節溶液pH值，且不引入雜質，X為CuO等；
故答案為：CuO；
②銅離子開始沉淀時，溶液中c（OH^-）=$\sqrt{\frac{Ks（氫氧化銅）}{c（C{u}^{2+}）}}$=$\sqrt{\frac{2×1{0}^{-20}}{0.5}}$=2×10^-10mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{2×1{0}^{-10}}$=5×10^-5mol/L，故溶液的最大pH=-lg5×10^-5=4.3，鐵離子濃度開始沉淀時，溶液中c（OH^-）=$\root{3}{\frac{Ksp（氫氧化鐵）}{c（F{e}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{1.0×1{0}^{-38}}{1{0}^{-5}}}$=10^-11mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-11}}$=10^-3mol/L，故溶液的最小pH=-lg10^-3=3.0，故溶液pH應控制在3.0～4.3之間，
故答案為：3.0～4.3．

點評 本題考查氧化還原反應、工藝流程與條件控制、無機物推斷、溶度積的有關計算等，題目難度中等，側重于考查學生對基礎知識的應用能力、分析和計算能力，注意把握溶度積常數在計算中的應用．