Question

2013年6月“蛟龍”號載人潛水器投入應用中，計劃每年將有4至5個月的海上時間，可用于深海探礦．錳結核中的黃銅礦（CuFeS₂）是海洋礦物中的一種，它是制取銅及其化合物的主要原料之一，還可用于制備硫及鐵的化合物．請回答下列問題：
（1）“蛟龍”號外殼用特殊的鈦合金材料制成，它可以在深海中承受700個大氣壓的壓力．下列說法正確的是

 

．
A．已知金屬鈦的原子序數為22，則其屬于主族元素
B．鈦合金強度很大
C．制備鈦鋁合金時可在空氣中將兩種金屬混合后熔化而成
D．可用電解熔融二氧化鈦的方法冶煉金屬鈦
（2）利用黃銅礦冶煉銅的反應為：8CuFeS₂+21O₂ 

高溫  .

8Cu+4FeO+2Fe₂O₃+16SO₂
若CuFeS₂中Fe的化合價為+2，反應中被還原的元素是

 

（填元素符號），生成1mol Fe₂O₃轉移電子的物質的量為

 

mol
（3）利用黃銅礦冶煉銅產生的爐渣（含Fe₂O₃、FeO、SiO₂、Al₂O₃）可制備Fe₂O₃．方法如下：
a．用過量稀鹽酸浸取爐渣，過濾．
b．濾液先氧化，再加入過量NaOH溶液，過濾，將沉淀洗滌、干燥、煅燒得Fe₂O₃．
①a中過濾的目的是

 

．
②除去Al³⁺的化學方程式是

 

．
③b中將濾液氧化常選用H₂O₂，其反應的離子方程式為

 

．
④選用提供的試劑，設計實驗驗證爐渣中含有FeO．
提供的試劑：稀鹽酸、稀硫酸、KSCN溶液、KMnO₄溶液、NaOH溶液、碘水所選試劑為

 

．  證明爐渣中含有FeO的實驗現象為

 

．
（4）將Cu放入0.1mol?L^-1 FeCl₃溶液中，反應一定時間后取出Cu片，溶液中c（Fe³⁺）：c（Fe²⁺）=2：3，則Cu²⁺與Fe³⁺的物質的量之比為

 

．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,氧化還原反應,氧化還原反應的計算,銅金屬及其重要化合物的主要性質

專題：氧化還原反應專題,元素及其化合物

分析：（1）A．金屬鈦的原子序數為22，位于第四周期第IIB族；
B．鈦合金強度很大，可以在深海中承受700個大氣壓的壓力；
C．在空氣中加熱金屬易被氧化；
D．鈦性質較活潑，可以采用電解熔融二氧化鈦的方法冶煉金屬鈦；
（2）8CuFeS₂+21O₂ 

高溫  .

8Cu+4FeO+2Fe₂O₃+16SO₂中部分Fe元素化合價由+2價變?yōu)?3價、O元素化合價由0價變?yōu)?2價、Cu元素化合價由+2價變?yōu)?價、S元素化合價由-2價變?yōu)?4價，得電子化合價降低的元素被還原，根據氧化鐵和轉移電子之間的關系式計算；
（3）用過量稀鹽酸浸取爐渣，發(fā)生的反應有Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O、FeO+2HCl=FeCl₂+H₂O、Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O，過濾后的濾渣是SiO₂，
濾液先氧化，將亞鐵離子氧化為鐵離子，然后再加入過量NaOH溶液，發(fā)生反應Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓、Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，過濾，將沉淀Fe（OH）₃洗滌、干燥、煅燒得Fe₂O₃；
（4）設原FeCl₃溶液的體積為1L，參加反應的Fe³⁺為xmol，由方程式Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，知（0.1-x）：x=2：3，解得：x=0.06，則生成的Cu²⁺為0.03mol，剩余的Fe³⁺為0.04mol，據此計算Cu²⁺與Fe³⁺的物質的量之比．

解答： 解：（1）A．金屬鈦的原子序數為22，位于第四周期第IIB族，屬于過渡元素，故A錯誤；
B．鈦合金可以在深海中承受700個大氣壓的壓力，鈦合金強度很大，故B正確；
C．在空氣中加熱熔化，金屬易與氧氣發(fā)生反應，所以不能直接在空氣中制備鈦鋁合金，故C錯誤；
D．由于金屬鈦金屬性較強，所以可以用電解法冶煉，故D正確；
故選BD；
（2）8CuFeS₂+21O₂ 

高溫  .

8Cu+4FeO+2Fe₂O₃+16SO₂中部分Fe元素化合價由+2價變?yōu)?3價、O元素化合價由0價變?yōu)?2價、Cu元素化合價由+2價變?yōu)?價、S元素化合價由-2價變?yōu)?4價，得電子化合價降低的元素被還原，所以Cu、O元素被還原；
21mol氧氣反應時得到84mol電子，而鐵元素失去4mol電子，硫元素失去96mol電子，根據得失電子守恒，銅元素應得到16mol電子，所以生成1mol氧化鐵時轉移50mol電子，
故答案為：Cu、O；50；
（3）利用黃銅礦冶煉銅產生的爐渣（含Fe₂O₃、FeO、SiO₂、Al₂O₃）可制備Fe₂O₃．方法如下：
用過量稀鹽酸浸取爐渣，發(fā)生的反應有Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O、FeO+2HCl=FeCl₂+H₂O、Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O，過濾后的濾渣是SiO₂，
濾液先氧化，將亞鐵離子氧化為鐵離子，然后再加入過量NaOH溶液，發(fā)生反應Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓、Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，過濾，將沉淀Fe（OH）₃洗滌、干燥、煅燒得Fe₂O₃；
①通過以上分析知，a中過濾為除去SiO₂，故答案為：除去SiO₂；
②Al³⁺與過量NaOH反應生成NaAlO₂，然后通過過濾除去，反應方程式為AlCl₃+4NaOH=3NaCl+NaAlO₂+2H₂O，故答案為：AlCl₃+4NaOH=3NaCl+NaAlO₂+2H₂O；
③雙氧水具有強氧化性，亞鐵離子具有還原性，二者發(fā)生氧化還原反應生成鐵離子和水，離子方程式為H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，故答案為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
④二價鐵具有還原性，而酸性高錳酸鉀溶液具有氧化性，通過酸性高錳酸鉀溶液的顏色變化即可證明FeO的存在，所以所選試劑為稀硫酸、KMnO₄溶液，實驗現象是稀硫酸浸取爐渣所得溶液使KMnO₄溶液褪色，
故答案為：稀硫酸、KMnO₄溶液；稀硫酸浸取爐渣所得溶液使KMnO₄溶液褪色；
（4）設原FeCl₃溶液的體積為1L，參加反應的Fe³⁺為xmol，由方程式Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，知（0.1-x）：x=2：3，解得：x=0.06，則生成的Cu²⁺為0.03mol，剩余的Fe³⁺為0.04mol，故n（Cu²⁺）：n（Fe³⁺）=0.03mol：0.04mol=3：4，故答案為：3：4．

點評：本題考查元素及其化合物、化學實驗、化學計算等知識，意在考查考生在理解所學各部分化學知識的本質區(qū)別與內在聯系的基礎上，運用所掌握的知識進行必要的分析、類推或計算，解釋、論證一些具體化學問題的能力．