Question

11．銅是人類生產(chǎn)生活中應(yīng)用較為廣泛的一種金屬材料，請回答下列有關(guān)銅及其化合物的問題：

Ⅰ．銅冶金技術(shù)以火法冶煉為主，火法煉銅的工藝流程如圖1：
已知：反應(yīng)①：2Cu₂S（g）+3O₂（g）═2Cu₂O（g）+2SO₂（g）△H=-768.2kJ•mol^-1
反應(yīng)②：2Cu₂O（g）+Cu₂S（g）═6Cu（g）+SO₂（g）△H=+116.0kJ•mol^-1
（1）在反應(yīng)②中，毎生成標(biāo)況下，11.2LSO₂轉(zhuǎn)移電子為3mol．
（2）請寫出Cu₂S被O₂氧化生成Cu和SO₂的熱化學(xué)方程式3Cu₂S（g）+3O₂（g）=6Cu（g）+3SO₂（g），△H=-652.2kJ/mol．
Ⅱ．某研究性學(xué)習(xí)小組將一定濃度的Na₂CO₃溶液滴入CuSO₄溶液中得到沉淀，并將沉淀過濾、洗滌、干燥，三位同學(xué)就沉淀的組成提出了各自的觀點(diǎn)：
甲同學(xué)認(rèn)為兩者反應(yīng)只有CuCO₃一種沉淀生成；
乙同學(xué)認(rèn)為這兩者相互促進(jìn)水解反應(yīng)，生成Cu（OH）₂一種沉淀；
丙同學(xué)認(rèn)為生成CuCO₃和Cu（OH）₂兩種沉淀．
為探究沉淀的組成，該小組同學(xué)取適量實(shí)驗(yàn)所得沉淀物，用以上儀器組裝成了一套實(shí)驗(yàn)裝置如圖2．請回答下列問題：
（1）各裝置連接順序?yàn)锳→C→B．
（2）若甲同學(xué)的結(jié)論正確，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為C中固體不變色、B中溶液變渾濁．
（3）若丙同學(xué)的觀點(diǎn)正確，可通過下列所示裝置如圖3的連接，進(jìn)行定量縫隙來測定其組成．
①儀器組裝好首先要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作是檢驗(yàn)裝置氣密性．
②若沉淀樣品的質(zhì)量為mg，當(dāng)反應(yīng)完全后，裝置C質(zhì)量增加了ng，則沉淀中CuCO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{9m-49n}{9m}×100%$（用含m和n的代數(shù)式表達(dá)）．
（4）沉淀轉(zhuǎn)化在生產(chǎn)中也有重要應(yīng)用，例如，用Na₂CO₃溶液可以將銅爐水垢這的CaSO₄轉(zhuǎn)化為較疏松且清除的CaCO₃，該沉淀轉(zhuǎn)化達(dá)到平衡時(shí)，其平衡常數(shù)K=3.25×10^-5（寫具體數(shù)值），
【已知K_sp（CaSO₄）=9.1×10^-4，K_sp（CaCO₃）=2.8×10^-9】
（5）藍(lán)銅礦的主要成分為2CuCO₃•Cu（OH）₂，當(dāng)它與焦炭一起加熱時(shí)，可以生成銅，二氧化碳和水，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式2[2CuCO₃•Cu（OH）₂]+3C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$6Cu+7CO₂↑+2H₂O．

Answer 1

分析 I．（1）在反應(yīng)②2Cu₂O（g）+Cu₂S（g）═6Cu（g）+SO₂（g）△H=+116.0kJ•mol^-1中，每生成1mol二氧化硫，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=1mol×[4-（-2）]=6mol，根據(jù)二氧化硫和轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量關(guān)系計(jì)算；
（2）反應(yīng)①：2Cu₂S（g）+3O₂（g）═2Cu₂O（g）+2SO₂（g）△H=-768.2kJ•mol^-1
反應(yīng)②：2Cu₂O（g）+Cu₂S（g）═6Cu（g）+SO₂（g）△H=+116.0kJ•mol^-1
將方程式①+②得3Cu₂S（g）+3O₂（g）=6Cu（g）+3SO₂（g），反應(yīng)熱進(jìn)行相應(yīng)的改變；
II．（1）加熱Cu（OH）₂生成H₂O，加熱CuCO₃生成CO₂，水能使無水硫酸銅變藍(lán)色，二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，所以用無水硫酸銅檢驗(yàn)水，用澄清石灰水檢驗(yàn)二氧化碳；
（2）如果甲正確，說明生成的氣體中含有二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，無水硫酸銅不變色；
（3）如果丙正確，則生成的氣體中含有二氧化碳和水；
①有連接的裝置在實(shí)驗(yàn)前必須檢驗(yàn)裝置氣密性；
②裝置C是濃硫酸，能吸收水分，C中質(zhì)量增加量為水的質(zhì)量，根據(jù)H原子守恒計(jì)算氫氧化銅質(zhì)量，從而確定碳酸銅質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)公式計(jì)算碳酸銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（4）CaSO₄和碳酸鈉反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CaCO₃的離子方程式為：CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）=CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），其平衡常數(shù)K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{{K}_{sp}（CaS{O}_{4}）}{{K}_{sp}（CaC{O}_{3}）}$；
（5）根據(jù)反應(yīng)物和生成物書寫方程式．

解答 解：I．（1）在反應(yīng)②2Cu₂O（g）+Cu₂S（g）═6Cu（g）+SO₂（g）△H=+116.0kJ•mol^-1中，每生成1mol二氧化硫，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=1mol×[4-（-2）]=6mol，n（SO₂）=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，則每生成0.5mol二氧化硫轉(zhuǎn)移電子3mol，故答案為：3；
（2）反應(yīng)①：2Cu₂S（g）+3O₂（g）═2Cu₂O（g）+2SO₂（g）△H=-768.2kJ•mol^-1
反應(yīng)②：2Cu₂O（g）+Cu₂S（g）═6Cu（g）+SO₂（g）△H=+116.0kJ•mol^-1
將方程式①+②得3Cu₂S（g）+3O₂（g）=6Cu（g）+3SO₂（g），△H=（-768.2kJ•mol^-1
）+（+116.0kJ•mol^-1）=-652.2kJ/mol，
故答案為：3Cu₂S（g）+3O₂（g）=6Cu（g）+3SO₂（g），△H=-652.2kJ/mol；
II．（1）加熱Cu（OH）₂生成H₂O，加熱CuCO₃生成CO₂，水能使無水硫酸銅變藍(lán)色，二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，所以用無水硫酸銅檢驗(yàn)水，用澄清石灰水檢驗(yàn)二氧化碳，因?yàn)槌吻迨�灰水中含有水分，所以�?yīng)該先檢驗(yàn)水后檢驗(yàn)二氧化碳，則實(shí)驗(yàn)儀器連接順序是A、C、B，故答案為：A；C；B；
（2）如果甲正確，說明生成的氣體中含有二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，因?yàn)闆]有水，所以無水硫酸銅不變色，則看到的現(xiàn)象是C中固體不變色、B中溶液變渾濁，故答案為：C中固體不變色、B中溶液變渾濁；
（3）如果丙正確，則生成的氣體中含有二氧化碳和水；
①有連接的裝置在實(shí)驗(yàn)前必須檢驗(yàn)裝置氣密性，故答案為：檢驗(yàn)裝置氣密性；
②裝置C是濃硫酸，能吸收水分，C中質(zhì)量增加量為水的質(zhì)量，m（H₂O）=ng，n（H₂O）=$\frac{ng}{18g/mol}=\frac{n}{18}$mol，根據(jù)H原子守恒得n[Cu（OH）₂]=n（H₂O）=$\frac{ng}{18g/mol}=\frac{n}{18}$mol，則m[Cu（OH）₂]=$\frac{n}{18}$mol×98g/mol=$\frac{49n}{9}$g，
m（CuCO₃）=（m-$\frac{49n}{9}$）g，碳酸銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{（m-\frac{49n}{9}）g}{mg}×100%$=$\frac{9m-49n}{9m}×100%$，
故答案為：$\frac{9m-49n}{9m}×100%$；
（4）CaSO₄和碳酸鈉反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CaCO₃的離子方程式為：CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）=CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），其平衡常數(shù)K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{{K}_{sp}（CaS{O}_{4}）}{{K}_{sp}（CaC{O}_{3}）}$=$\frac{9.1×1{0}^{-4}}{2.8×1{0}^{-9}}$=3.25×10^-5，
故答案為：3.25×10^-5；
（5）根據(jù)反應(yīng)物和生成物書寫方程式為2[2CuCO₃•Cu（OH）₂]+3C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$6Cu+7CO₂↑+2H₂O，
故答案為：2[2CuCO₃•Cu（OH）₂]+3C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$6Cu+7CO₂↑+2H₂O．

點(diǎn)評 本題以Cu及其化合物為載體考查物質(zhì)成分檢驗(yàn)、物質(zhì)性質(zhì)檢驗(yàn)等知識點(diǎn)，綜合性較強(qiáng)，為高頻考點(diǎn)，涉及方程式的書寫、平衡常數(shù)計(jì)算、方程式的計(jì)算、蓋斯定律、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等知識點(diǎn)，明確實(shí)驗(yàn)原理、物質(zhì)性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)原理是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，知道每個(gè)儀器的作用及可能發(fā)生的反應(yīng)、反應(yīng)現(xiàn)象，側(cè)重考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，題目難度中等．