Question

19．銅、鐵及其化合物在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技和日常生活中有廣泛應(yīng)用．
（1）工業(yè)上利用輝銅礦（主要成分是Cu₂S）冶煉銅．為了測(cè)定輝銅礦樣品的純度，用酸性高錳酸鉀溶液反應(yīng)（已知1molCu₂S失去10mol的電子），寫出該反應(yīng)的離子方程式Cu₂S+2MnO₄^-+8H⁺=2Cu²⁺+SO₄^2-+2Mn²⁺+4H₂O．
（2）工業(yè)上利用廢銅屑、廢酸（含硝酸、硫酸）為主要原料制備硫酸銅晶體．某含有c（HNO₃）=2mol•L^-1，c（H₂SO₄）=4mol•L^-1的廢酸混合液100mL（不含其它酸或氧化劑），最多能制備硫酸銅晶體（CuSO₄•5H₂O）的質(zhì)量為75g．
（3）現(xiàn)有一塊含有銅綠的銅片（假設(shè)不含其它雜質(zhì)）在空氣中灼燒至完全反應(yīng)，經(jīng)測(cè)定，反應(yīng)前后固體的質(zhì)量相同．（已知：金屬生銹率=$\frac{已生銹的金屬質(zhì)量}{金屬的總質(zhì)量}$×100%）
①上述銅片中銅的生銹率為34%（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）．
②固態(tài)銅與適量氧氣反應(yīng)，能量變化如圖1所示，寫出固態(tài)銅與氧氣反應(yīng)生成1mol固態(tài)氧化亞銅的熱化學(xué)方程式2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=Cu₂O（s）△H=-（$\frac{a-b}{2}$）kJ•mol^-1．
（4）高鐵酸鹽在能源環(huán)保等領(lǐng)域有廣泛用途，如高鐵酸鉀（K₂FeO₄） 因有強(qiáng)氧化性，能殺菌消毒，產(chǎn)生Fe（OH）₃有吸附性，是一種新型凈水劑，用如圖2所示的裝置可以制取少量的高鐵酸鉀．
（已知愛(ài)迪生蓄電池的反應(yīng)式為：Fe+Ni₂O₃+2H₂O$?_{充電}^{放電}$Fe（OH）₂+2Ni（OH）₂）
①愛(ài)迪生蓄電池的負(fù)極材料是Fe；
②寫出制取高鐵酸鉀陽(yáng)極的電極反應(yīng)式Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；
③當(dāng)生成19.8g的K₂FeO₄時(shí)，隔膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差（△m_右一△m_左）為_(kāi)5.0g．

Answer 1

分析 （1）輝銅礦（主要成分是Cu₂S）冶煉銅，和酸性高錳酸鉀溶液反應(yīng)生成銅離子，硫酸根離子，高錳酸根離子被還原為錳離子，結(jié)合原則守恒和電荷守恒配平書(shū)寫；、
（2）依據(jù)溶液中氫離子物質(zhì)的量和硝酸根離子物質(zhì)的量，硫酸根離子物質(zhì)的量，結(jié)合反應(yīng)3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，中離子定量關(guān)系和元素守恒計(jì)算分析；
（3）①依據(jù)化學(xué)方程式灼燒后質(zhì)量不變，反應(yīng)的氧氣和生成的二氧化碳和水的質(zhì)量相同，結(jié)合金屬生銹率=$\frac{已生銹的金屬質(zhì)量}{金屬的總質(zhì)量}$×100%，計(jì)算得到；
②依據(jù)圖象書(shū)寫反應(yīng)過(guò)程中的熱化學(xué)方程式，結(jié)合個(gè)數(shù)定量計(jì)算所需熱化學(xué)方程式；
（4）①失電子的一極為負(fù)極；
②鐵失電子和氫氧根離子生成高鐵酸根離子和水；
③當(dāng)生成19.8g的K₂FeO₄即0.1mol時(shí)，再根據(jù)陽(yáng)極電極反應(yīng)式可知轉(zhuǎn)移電子為0.6mol，陰極（陰極反應(yīng)為H₂O得電子還原為H₂和OH^-）消耗0.6mol水，產(chǎn)生0.6molOH^-進(jìn)入陽(yáng)極室，陰極室質(zhì)量減少0.6×18g；陽(yáng)極室中增加0.1molFe（5.6g），同時(shí)有O.6molOH^-（5.4g）進(jìn)入陽(yáng)極室．

解答 解：（1）輝銅礦（主要成分是Cu₂S）冶煉銅，和酸性高錳酸鉀溶液反應(yīng)生成銅離子，硫酸根離子，高錳酸根離子被還原為錳離子，反應(yīng)的離子方程式為：Cu₂S+2MnO₄^-+8H⁺=2Cu²⁺+SO₄^2-+2Mn²⁺+4H₂O；
故答案為：Cu₂S+2MnO₄^-+8H⁺=2Cu²⁺+SO₄^2-+2Mn²⁺+4H₂O；
（2）某含有c（HNO₃）=2mol•L^-1，c（H₂SO₄）=4mol•L^-1的廢酸混合液100mL（不含其它酸或氧化劑），n（H⁺）=0.1L×2mol/L+0.1L×4mol/L×2=1mol，n（NO₃^-）=0.1L×2mol/L=0.2mol，n（SO₄^2-）=0.1L×4mol/L=0.4mol，3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，依據(jù)定量關(guān)系可知硝酸根離子全部反應(yīng)消耗氫離子0.8mol，銅0.3mol，所以生成硫酸銅晶體最多為0.3mol，最多能制備硫酸銅晶體（CuSO₄•5H₂O）的質(zhì)量=0.3mol×250g/mol=75g；
故答案為：75g；
（3）①含有銅綠的銅片（假設(shè)不含其它雜質(zhì)）在空氣中灼燒至完全反應(yīng)，經(jīng)測(cè)定，反應(yīng)前后固體的質(zhì)量相同，說(shuō)明反應(yīng)的氧氣質(zhì)量和生成的二氧化碳、水蒸氣的質(zhì)量相同計(jì)算得到，設(shè)銅綠中銅物質(zhì)的量為x，銅綠物質(zhì)的量為y，
2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO，
x    0.5x
Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+CO₂+H₂O
   y                  y    y
0.5x×32=18y+44y
x：y=31：8
依據(jù)元素守恒計(jì)算，金屬生銹率=$\frac{已生銹的金屬質(zhì)量}{金屬的總質(zhì)量}$×100%=$\frac{2y×64}{（2y+x）×64}$×100%=$\frac{2×\frac{8}{31}x×64}{（2×\frac{8}{31}×+x）×64}$×100%=34%；
故答案為：34%；
②依據(jù)圖象分析書(shū)寫熱化學(xué)方程式：①2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=2CuO（s）△H=-$\frac{a}{2}$KJ/mol，②2Cu₂O（s）+O₂（g）=4CuO（s）△H=-bKJ/mol；
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算（①×2-②）×$\frac{1}{2}$得到2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=Cu₂O（s）△H=-（$\frac{a-b}{2}$）kJ•mol^-1；
故答案為：2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=Cu₂O（s）△H=-（$\frac{a-b}{2}$）kJ•mol^-1；
（4）①放電時(shí)，鐵失電子作負(fù)極，碳棒作正極；
故答案為：Fe；
②陽(yáng)極上鐵失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成高鐵酸根離子和水，離子方程式為：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；
故答案為：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；
③當(dāng)生成19.8g的K₂FeO₄即0.1mol時(shí)，再根據(jù)陽(yáng)極電極反應(yīng)式可知轉(zhuǎn)移電子為0.6mol，陰極（陰極反應(yīng)為H₂O得電子還原為H₂和OH^-）消耗0.6mol水，產(chǎn)生0.6molOH^-進(jìn)入陽(yáng)極室，陰極室質(zhì)量減少0.6×18g=10.8g；陽(yáng)極室中增加0.1molFe（5.6g），同時(shí)有O.6molOH^-（10.2g）進(jìn)入陽(yáng)極室，因此陽(yáng)極室質(zhì)量增加5.6g+10.2g=15.8g，故膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差（△m右-△m左）=15.8g-10.8g=5.0g，
故答案為：5.0．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了銅及其化合物性質(zhì)分析判斷、熱化學(xué)方程式的書(shū)寫、化學(xué)方程式計(jì)算應(yīng)用、原電池原理及其應(yīng)用等，題目涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，注意把握蓋斯定律的應(yīng)用方法和原電池正負(fù)極的判斷、及電極方程式的書(shū)寫方法，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．