Question

8．銅及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的用途．
（1）工業(yè)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\;}}{\;}$2SO₂+2Cu₂O；
③將①、②反應中含銅化合物混合高溫即得到一定純度的銅，同時產(chǎn)生在常溫下為氣體的一種化合物．反應③的化學方程式為Cu₂S+2Cu₂O$\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(chǎn)物是否含Cu₂O，現(xiàn)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
驗證過程中發(fā)生反應的離子方程式為Cu₂O+2H⁺=Cu²⁺+Cu+H₂O．
（3）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(huán)境友好且能實現(xiàn)零排放．請寫出該過程可能涉及的反應方程式：2Cu₂O+O₂=4CuO，CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O
（4）銅板印刷電路的刻蝕廢液中含有大量的CuCl₂、FeCl₂、FeCl₃，如圖為循環(huán)利用FeCl₃和回收CuCl₂過程圖：
試劑X的化學式為CuO、Cu（OH）₂、CuCO₃；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范圍內時鐵元素完全轉化為Fe（OH）₃而CuCl₂不產(chǎn)生沉淀 （設溶液體積保持不變K_sp[Fe（OH）₃]=1.0×10^-38，K_sp[Cu（OH）₂]=2.0×10^-20lg5=0.7）

Answer 1

分析 （1）①、②反應中含銅化合物分別為Cu₂S、Cu₂O，在高溫下Cu₂S、Cu₂O反應得到一定純度的銅和二氧化硫氣體，利用元素守恒書寫化學方程式；
（2）Cu、Cu₂O的混合物溶液于酸溶液，根據(jù)Cu₂O能發(fā)生自身氧化還原反應，生成銅離子和銅單質，會使溶液呈藍色，以此判斷Cu₂O的存在，在此方法中不能用有強氧化性的酸，因為銅能被強氧化性的酸氧化成銅離子，對實驗產(chǎn)生干擾；
（3）Cu₂O紅色沉淀轉化為硫酸銅溶液，實驗過程對環(huán)境友好且能實現(xiàn)零排放，可以先將Cu₂O氧化成CuO，再用CuO與硫酸反應生成硫酸銅；
（4）銅板印刷電路的刻蝕廢液中含有大量的CuCl₂、FeCl₂、FeCl₃，通入氯氣將氯化亞鐵氧化成氯化鐵，用氧化銅或氫氧化銅或碳酸銅調節(jié)溶液的pH值，使鐵離子產(chǎn)生氫氧化鐵沉淀，過濾后得氯化銅溶液，氫氧化鐵沉淀中加入鹽酸得氯化鐵，根據(jù)溶度各常數(shù)可計算出要使鐵離子沉淀，而銅離子不沉淀的pH值，據(jù)此答題；

解答 解：（1）①、②反應中含銅化合物分別為Cu₂S、Cu₂O，在高溫下Cu₂S、Cu₂O反應得到一定純度的銅和二氧化硫氣體，反應的化學方程式為Cu₂S+2Cu₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6Cu+SO₂，
故答案為：Cu₂S+2Cu₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6Cu+SO₂；
（2）Cu、Cu₂O的混合物溶液于酸溶液，根據(jù)Cu₂O能發(fā)生自身氧化還原反應，生成銅離子和銅單質，反應的離子方程式為Cu₂O+2H⁺=Cu²⁺+Cu+H₂O，會使溶液呈藍色，以此判斷Cu₂O的存在，在此方法中不能用有強氧化性的酸，因為銅能被強氧化性的酸氧化成銅離子，對實驗產(chǎn)生干擾，所以不能用濃硫酸和硝酸，故選CD，
故答案為：CD；Cu₂O+2H⁺=Cu²⁺+Cu+H₂O；
（3）Cu₂O紅色沉淀轉化為硫酸銅溶液，實驗過程對環(huán)境友好且能實現(xiàn)零排放，可以先將Cu₂O氧化成CuO，再用CuO與硫酸反應生成硫酸銅，反應的化學方程式為2Cu₂O+O₂=4CuO，CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，
故答案為：2Cu₂O+O₂=4CuO，CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O；
（4）銅板印刷電路的刻蝕廢液中含有大量的CuCl₂、FeCl₂、FeCl₃，通入氯氣將氯化亞鐵氧化成氯化鐵，用氧化銅或氫氧化銅或碳酸銅調節(jié)溶液的pH值，所以X的化學式為CuO、Cu（OH）₂、CuCO₃，使鐵離子產(chǎn)生氫氧化鐵沉淀，過濾后得氯化銅溶液，氫氧化鐵沉淀中加入鹽酸得氯化鐵，
銅離子開始沉淀時，溶液中c（OH^-）=$\sqrt{\frac{Ksp[Cu（OH）{\;}_{2}]}{c（Cu{\;}^{2+}）}}$=$\sqrt{\frac{2×10{\;}^{-20}}{0.5}}$=2×10^-10mol/L，c（H⁺）=$\frac{10{\;}^{-14}}{2×10{\;}^{-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[Fe（OH）{\;}_{3}]}{c（Fe{\;}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{1.0×10{\;}^{-38}}{1×10{\;}^{-5}}}$=10^-11mol/L，c（H⁺）=$\frac{10{\;}^{-14}}{10{\;}^{-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：CuO、Cu（OH）₂、CuCO₃； 3.0～4.3；

點評 本題考查氧化還原反應計算及基本概念、工藝流程與條件控制、無機物推斷、溶度積的有關計算等，難度中等，（4）中注意利用溶度積常數(shù)進行靈活計算，為易錯點、難點．