Question

10．銅及其化臺物在工業(yè)、農業(yè)、科技和日常生活中有廣泛應用．
（1）工業(yè)上利用輝銅礦（主要成分為Cu₂S ）冶煉銅．為了測定輝銅礦樣品的純度，用酸性高錳酸鉀溶液反應，寫出該反應的離子方程式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）為主要原料制各銅鹽．現有100mLHNO₃  和H₂SO₄ 的混合溶液中，兩種酸的物質的量濃度之和為0.6mol．L^-1．向該廢酸溶液中，加入足量的廢銅屑，加熱，充分反應后，所得溶液中 Cu²⁺的物質的量濃度最大值為（反應前后溶液的體積變化忽略不計）0.36mol/L．
（3）現有一塊質量為m的生銹銅片，在空氣中灼燒至完全反應，經測定，反應后質量仍為m．
①固態(tài)銅與適量氧氣反應，能量變化如圖所示，寫出固態(tài)銅與氧氣反應生成l mol固態(tài)氧化銅的熱化學方程式Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CuO（s）△H=-$\frac{（a+b）}{4}$kJ•mol^-1
②上述銅片中銅的生銹率為34%（金屬生銹率=$\frac{已生銹的金屬質量}{金屬的總質量}$×100%）
（4）自然界中各種原生銅的硫化物經氧化、淋濾作用后轉化為硫酸銅溶液，并向深部滲透，遇到深層的閃鋅礦（ ZnS）和方鉛礦（PbS），慢慢地轉變?yōu)殂~藍（ CuS）．
①硫化銅與氧氣在淋濾作用下生成硫酸銅等，該過程的化學方程式為CuS+2O₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$CuSO₄ ．
②寫出滲透到地下深層的硫酸銅溶液遇到閃鋅礦發(fā)生反應的離子方程式Cu²⁺（aq）+ZnS（s）=CuS（s）+Zn²⁺（aq），請用簡短的語言解釋該反應發(fā)生的原理在一定條件下，溶解度小的礦物可以轉化為溶解度更小的礦物（或在相同條件下，由于K_SP（CuS）小于K_SP（ZnS），故反應可以發(fā)生）．

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生成銅離子，硫酸根離子，高錳酸根離子被還原為錳離子，結合原子守恒和電荷守恒配平書寫；
（2）發(fā)生3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，n（H⁺）：n（NO₃^-）=4：1，溶解的Cu最多，結合反應計算；
（3）①由圖象生成4 mol固態(tài)氧化銅放出（a+b）kJ的熱量可知，以此書寫反應過程中的熱化學方程式；
②由化學方程式灼燒后質量不變，反應的氧氣和生成的二氧化碳和水的質量相同，結合金屬生銹率=$\frac{已生銹的金屬質量}{金屬的總質量}$×100%計算；
（4）①硫化銅與氧氣在淋濾作用下生成硫酸銅；
②硫化銅溶解度小于硫化鋅，硫酸銅溶液遇到閃鋅礦發(fā)生沉淀轉化反應生成硫化銅．

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）設含有c（HNO₃）=xmol•L^-1，c（H₂SO₄）=ymol•L^-1的廢酸混合液100mL，由3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O可知，n（H⁺）：n（NO₃^-）=4：1，溶解的Cu最多，則$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.6}\\{\frac{x+2y}{x}4}\end{array}\right.$，解得x=0.24mol/L，則溶解的Cu為$\frac{0.24mol/L×0.1L×3}{2}$=0.036mol/L，所以所得溶液中Cu²⁺的物質的量濃度最大值為$\frac{0.036mol/L}{0.1L}$=0.36mol/L，
故答案為：0.36mol/L；
（3）①由圖象可知：①4Cu（s）+O₂（g）=2Cu₂O（s）△H=-akJ/mol，②2Cu₂O（s）+O₂（g）=4CuO（s）△H=-bKJ/mol；
由蓋斯定律計算（①+2）×$\frac{1}{4}$得到Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CuO（s）△H=-$\frac{（a+b）}{4}$kJ•mol^-1；
故答案為：Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CuO（s）△H=-$\frac{（a+b）}{4}$kJ•mol^-1；
②含有銅綠的銅片（假設不含其它雜質）在空氣中灼燒至完全反應，經測定，反應前后固體的質量相同，說明反應的氧氣質量和生成的二氧化碳、水蒸氣的質量相同計算得到，設銅綠中銅物質的量為x，銅綠物質的量為y，
2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO，
x    0.5x
Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+CO₂+H₂O
  y                   y    y
0.5x×32=18y+44y
x：y=31：8，
由元素守恒可知，金屬生銹率=$\frac{已生銹的金屬質量}{金屬的總質量}$×100%=$\frac{2y×64}{（2y+x）×64}$×100%=$\frac{2×\frac{8}{31}x×64}{（2×\frac{8}{31}x+x）×64}$×100%=34%，
故答案為：34%；
（4）①硫化銅與氧氣在淋濾作用下生成硫酸銅，反應的化學方程式為：CuS+2O₂ $\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$CuSO₄ ，故答案為：CuS+2O₂ $\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$CuSO₄ ；
②滲透到地下深層的硫酸銅溶液遇到閃鋅礦，在一定條件下，溶解度小的礦物可以轉化為溶解度更小的礦物（或在相同條件下，由于K_SP（CuS）小于K_SP（ZnS），故反應可以發(fā)生），硫化銅溶解性小于硫化鋅，發(fā)生沉淀轉化反應，反應的離子方程式：Cu²⁺（aq）+ZnS（s）=CuS（s）+Zn²⁺（aq），
故答案為：Cu²⁺（aq）+ZnS（s）=CuS（s）+Zn²⁺（aq）；在一定條件下，溶解度小的礦物可以轉化為溶解度更小的礦物（或在相同條件下，由于K_SP（CuS）小于K_SP（ZnS），故反應可以發(fā)生）．

點評 本題考查較綜合，涉及離子反應、化學方程式計算、沉淀轉化原理等，綜合性較強，側重化學反應原理及分析與應用能力的考查，（2）中計算為解答的難點，題目難度中等．