Question

17．如圖是利用主要成分為Cu₂S和Fe₂O₃的工業(yè)廢棄固體（其他成分不參與反應(yīng)）制備有關(guān)物質(zhì)，實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示：

回答下列問題：
（1）氣體X的化學(xué)式為SO₂．
（2）加入鐵粉時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：2H⁺+Fe═Fe²⁺+H₂↑
Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺．
（3）常溫下，固體D、O₂和稀硫酸混合后幾乎不反應(yīng)，而加少量綠礬后隨即發(fā)生反應(yīng)．已知FeSO₄對此反應(yīng)起催化作用，則催化過程中反應(yīng)的離子方程式為4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O、Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺．
（4）除雜時需先加合適的氧化劑將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再加試劑Y調(diào)節(jié)溶液pH以除去Fe³⁺，則氧化劑及試劑Y可以是a（填編號）．
a．H₂O₂、CuOb．HNO₃、Cu（OH）₂
c．KMnO₄、CuCl₂d．漂白粉、CuCO₃
（5）無水硫酸銅受熱分解生成氧化銅和氣體，受熱溫度不同氣體可能為SO₃、SO₂和O₂中的一種、兩種或三種．現(xiàn)設(shè)計(jì)如圖2實(shí)驗(yàn)測定產(chǎn)生的SO₂、SO₃和O₂的物質(zhì)的量，并計(jì)算各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)，從而確定CuSO₄分解的化學(xué)方程式（已知實(shí)驗(yàn)結(jié)束時，硫酸銅完全分解）．

①儀器C的名稱是干燥管．
②組裝探究實(shí)驗(yàn)的裝置，按從左至右的方向，各儀器接口連接順序?yàn)椋?br />①→⑨→⑩→⑥→⑤→③→④→⑧→⑦→②（填接口序號）．儀器F的作用是三氧化硫，使之轉(zhuǎn)化為硫酸，并產(chǎn)生二氧化硫．
③若某小組稱取6.4g無水CuSO₄，實(shí)驗(yàn)過程中裝置C增加的質(zhì)量為3.84g，量筒中水的體積折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體體積224mL，請通過計(jì)算確定實(shí)驗(yàn)條件下CuSO₄分解的化學(xué)方程式：
4CuSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4CuO+2SO₃↑+2SO₂↑+O₂↑．

Answer 1

分析 成分為Cu₂S和Fe₂O₃的工業(yè)廢棄固體灼燒得氧化銅和氧化鐵及二氧化硫氣體，所以X為SO₂，固體A為氧化銅和氧化鐵的混合物，A中加入硫酸溶解，再加入過量的鐵粉，得硫酸亞溶液和銅固體，過濾后得到溶液C為FeSO₄溶液，固體B為鐵、銅混合物，B中加入稀硫酸得硫酸亞鐵溶液和銅固體，所以固體D為Cu，硫酸亞鐵溶液蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶可得綠礬晶體，銅與稀硫酸溶液中通入氧氣除雜后得硫酸銅溶液，
（1）根據(jù)上面的分析可知?dú)怏wX的化學(xué)式；
（2）加入鐵粉時，鐵與酸、鐵離子、銅離子都發(fā)生反應(yīng)；
（3）常溫下，F(xiàn)eSO₄對銅、氧氣、稀硫酸的反應(yīng)起催化的過程中亞鐵離子先被氧化成鐵離子，鐵離子再氧化鐵生成亞鐵離子；
（4）除雜時需先加合適的氧化劑將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再加試劑Y調(diào)節(jié)溶液pH以除去Fe³⁺，加入的氧化劑及試劑Y要不引入新雜質(zhì)，據(jù)此選擇；
（5）①根據(jù)裝置圖可知儀器名稱；
②實(shí)驗(yàn)時，根據(jù)反應(yīng)裝置、洗氣裝置、干燥裝置、收集裝置進(jìn)行排序；F中裝有亞硫酸鈉，可以吸收三氧化硫并產(chǎn)生二氧化硫；
③裝置C增加的質(zhì)量為3.84g，即二氧化硫的質(zhì)量為3.84g，量筒中水的體積折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體體積224mL，即產(chǎn)生的氧氣的物質(zhì)的量為0.01mol，根據(jù)元素守恒可計(jì)算出各反應(yīng)生成物的物質(zhì)的量之比，據(jù)此書寫化學(xué)方程式；

解答 解：成分為Cu₂S和Fe₂O₃的工業(yè)廢棄固體灼燒得氧化銅和氧化鐵及二氧化硫氣體，所以X為SO₂，固體A為氧化銅和氧化鐵的混合物，A中加入硫酸溶解，再加入過量的鐵粉，得硫酸亞溶液和銅固體，過濾后得到溶液C為FeSO₄溶液，固體B為鐵、銅混合物，B中加入稀硫酸得硫酸亞鐵溶液和銅固體，所以固體D為Cu，硫酸亞鐵溶液蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶可得綠礬晶體，銅與稀硫酸溶液中通入氧氣除雜后得硫酸銅溶液，
（1）根據(jù)上面的分析可知?dú)怏wX的化學(xué)式為SO₂，
故答案為：SO₂；
（2）加入鐵粉時，鐵與酸、鐵離子、銅離子都發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，
故答案為：Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（3）常溫下，F(xiàn)eSO₄對銅、氧氣、稀硫酸的反應(yīng)起催化的過程中亞鐵離子先被氧化成鐵離子，鐵離子再氧化銅生成銅離子，反應(yīng)的離子方程式為Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，
故答案為：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺；
（4）除雜時需先加合適的氧化劑將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再加試劑Y調(diào)節(jié)溶液pH以除去Fe³⁺，加入的氧化劑為H₂O₂，試劑Y為CuO，調(diào)節(jié)pH值，
故選a；
（5）①根據(jù)裝置圖可知C的名稱是干燥管，
故答案為：干燥管；
②實(shí)驗(yàn)時，根據(jù)反應(yīng)裝置、洗氣裝置、干燥裝置、收集裝置進(jìn)行排序，A是制取氣體、B是量取生成氧氣體積、C是吸收二氧化硫、D是干燥氧氣、E是排水法收集氧氣、F吸收三氧化硫，其實(shí)驗(yàn)先后順序是制取氣體、除去三氧化硫、吸收水分、吸收二氧化硫、吸收二氧化硫、干燥氧氣、收集氧氣，所以其排列順序?yàn)棰佟�⑨→⑩→⑥→⑤→③→④→⑧→⑦→②，F(xiàn)中裝有亞硫酸鈉，可以吸收三氧化硫，使之轉(zhuǎn)化為硫酸，并產(chǎn)生二氧化硫；
故答案為：③；④；⑧；⑦；三氧化硫，使之轉(zhuǎn)化為硫酸，并產(chǎn)生二氧化硫；
③6.4g無水CuSO₄，其物質(zhì)的量為0.04mol，裝置C增加的質(zhì)量為3.84g，即二氧化硫的質(zhì)量為3.84g，即0.06mol，量筒中水的體積折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體體積224mL，即產(chǎn)生的氧氣的物質(zhì)的量為0.01mol，每摩爾三氧化硫通過亞硫酸氫鈉溶液時產(chǎn)生2mol二氧化硫，設(shè)反應(yīng)中產(chǎn)生三氧化硫?yàn)閤mol，反應(yīng)中產(chǎn)生二氧化硫?yàn)閥mol，則有$\left\{\begin{array}{l}{2x+y=0.06}\\{x+y=0.04}\end{array}\right.$，所以x=0.02，y=0.02，根據(jù)銅元素守恒生成的氧化銅的物質(zhì)的量應(yīng)為0.04mol，所以反應(yīng)中CuSO₄、CuO、SO₃、SO₂、O₂的物質(zhì)的量之比為0.04：0.04：0.02：0.02：0.01=4：4：2：2：1，所以反應(yīng)的方程式為4CuSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4CuO+2SO₃↑+2SO₂↑+O₂↑，
故答案為：4CuSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4CuO+2SO₃↑+2SO₂↑+O₂↑．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)分離提純的方法和流程分析應(yīng)用，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，解答該類題目，注意把握實(shí)驗(yàn)原理和操作流程的目的，主要是物質(zhì)性質(zhì)的理解，題目難度中等．