Question

某实验小组用工业废弃固体（主要成分为Cu₂S和Fe₂O₃）制备有关物质，整个流程如下图所示。请回答：

（1）气体a的化学式为                   。

（2）溶液B加入硫酸酸化后再加入适宜氧化剂X得到溶液C，写出该反应的离子方程式          。

（3）制备硫酸铜溶液。常温下，O₂、铜粉和稀硫酸三者在一起，几乎不反应，当加入溶液D后，随即生成硫酸铜。经理阅资料发现FeSO₄对铜的氧化起催化作用。

A.第一步反应的离子方程式为：4Fe^2＋＋O₂＋4H^＋=4Fe^3＋＋2H₂O，则第二步反应的郭子方程式为      。

B.⑦操作中，配制Fe₂(SO₄)₃溶液时应注意                       。

（4）操作⑧的目的是得到较纯的硫酸铜溶液。加入适宜试剂Y调节pH至铁元素全部沉淀（离子浓度小于10^－5mol/L），然后再过滤，浓缩、结晶等，则pH至少调节为_____。

已知：Ksp[Cu(OH)₂]≈1×10^－22，Ksp[Fe(OH)₂] ≈1×10^－16，Ksp[Fe(OH)₃] ≈1×10^－38

（5）科学家发现纳米级的Cu₂O在太阳光照射下可以催化分解水。

A.一定温度下，在2L密闭容器中加入纳米级Cu₂O，通入2mol水蒸气，发生如下反应：

2H₂O(g)＝2H₂(g)＋O₂(g)   △H＝＋484kJ/mol

20min末测得n(O₂)＝0.16mol，则这段时间的反应速率υ(H₂)＝_________；该温度下，此反应的平衡常数表达式K＝___________________。

B.已知：2Cu₂O(s)＋O₂(g)＝4CuO(s)   △H＝－292kJ/mol

2C(s)＋O₂(g)＝2CO(g)    △H＝－221kJ/mol

请写出炭粉还原CuO(s)制备Cu₂O(s)的热化学方程式_________________。

Answer

（除去注明外，每空2分，共14分）（1）SO2(1分)

（2）2Fe2＋＋H2O2＋2H＋＝2Fe3＋＋2H2O或4Fe2＋＋O2＋4H＋＝4Fe3＋＋2H2O

（3）2Fe3＋＋Cu＝2Fe2＋＋Cu2＋；向配制溶液中加入少量的硫酸防止水解或将Fe2(SO4)3溶解在稀硫酸中，再加水稀释 （4）3 （5）0.008mol/(L·min)（单位占1分）；（1分）；

2CuO(s)＋C(s)＝CO(g)＋Cu2O(s)  △H＝＋35.5 kJ/mol

【解析】

试题分析：（1）Cu2S灼烧生成SO2和铜，反应的化学方程式是Cu2S＋O22Cu＋SO2↑，因此气体a是SO2。

（2）固体A是氧化铁和铜的混合物，加入稀硫酸固体溶解生成硫酸铁，进而硫酸铁又溶解铜，所以溶液A是硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸铜以及硫酸的混合液。加入过量的铁粉后生成硫酸亚铁和铜，所以固体B是铜和铁的混合物，溶液B是硫酸亚铁。要得到硫酸铁晶体，则需要将硫酸亚铁氧化生成硫酸铁，因此氧化剂X可以是双氧水或氧气，有关的离子方程式是2Fe2＋＋H2O2＋2H＋＝2Fe3＋＋2H2O或4Fe2＋＋O2＋4H＋＝4Fe3＋＋2H2O。

（3）由于铁离子具有氧化性，能把铜氧化生成铜离子，而铁离子又被还原生成亚铁离子，因此第二步反应的离子方程式是2Fe3＋＋Cu＝2Fe2＋＋Cu2＋；由于铁离子易水解生成氢氧化铁，所以配制硫酸铁溶液时，要防止铁离子水解，因此正确的操作应该是向配制溶液中加入少量的硫酸防止水解或将Fe2(SO4)3溶解在稀硫酸中，再加水稀释。

（4）溶液E是硫酸铜和硫酸亚铁的混合液，根据溶度积常数可知，要得到硫酸铜溶液，需要除去亚铁离子。由于氢氧化亚铁的溶度积常数大于氢氧化铜的，但氢氧化铁的溶度积常数小于氢氧化铜的，所以应该加入氧化剂将亚铁离子氧化成铁离子。根据氢氧化铁的溶度积常数可知，要调节pH至铁元素全部沉淀（离子浓度小于10－5mol/L），溶液中的OH－应该为＝10－11mol/L，所以pH至少调节为3。

（5）20min末测得n(O2)＝0.16mol，则根据方程式可知，生成氢气是0.16mol×2＝0.32mol，其浓度是0.32mol÷2L＝0.16mol/L，因此氢气的反应速率υ(H2)＝0.16mol/L÷20min＝0.008mol/(L·min)。化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，因此根据方程式可知该温度下，此反应的平衡常数表达式K＝；根据反应①：2Cu2O(s)＋O2(g)＝4CuO(s)   △H＝－292kJ/mol和反应②：2C(s)＋O2(g)＝2CO(g)    △H＝－221kJ/mol并依据盖斯定律可知，（②－①）÷2即得到反应2CuO(s)＋C(s)＝CO(g)＋Cu2O(s)，所以该反应的反应热△H＝（－221kJ/mol＋292kJ/mol）÷2＝＋35.5 kJ/mol。

考点：考查氧化还原反应产物判断、方程式书写、硫酸铁配制、溶度积常数的有关应用、反应速率的计算、平衡常数以及热化学方程式的书写等