Question

氧化亚铜（Cu₂O）是一种用途广泛的光电材料，某工厂以硫化铜矿石（含CuFeS₂、Cu₂S等）为原料制取Cu₂O的工艺流程如下：

常温下几种物质开始形成沉淀与完全沉淀时的pH如下表：

	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Cu（OH）2
开始沉淀	7.5	2.7	4.8
完全沉淀	9.0	3.7	6.4

(1)炉气中的有害气体成分是__________，Cu₂S与O₂反应时，氧化剂与还原剂的物质的量之比为__________。

(2)若试剂X是H₂O₂溶液，写出相应反应的离子方程式：________。当试剂X是______时，更有利于降低生产成本。

(3)加入试剂Y调pH时，pH的调控范围是___________。

(4)写出用N₂H₄制备Cu₂O的化学方程式：________，操作X包括_________、洗涤、烘干，其中烘干时要隔绝空气，其目的是____________。

(5)以铜与石墨作电极，电解浓的强碱性溶液可制得纳米级Cu₂O，写出阳极上生成Cu₂O的电极反应式：__________。

Answer

SO2 2∶1 2Fe2＋＋2H＋＋H2O2=2Fe3＋＋2H2O 空气或氧气 3.7≤pH<4.8 4CuSO4＋N2H4＋8KOH2Cu2O＋N2↑＋4K2SO4＋6H2O 过滤 防止Cu2O被空气中氧气氧化 2Cu－2e－＋2OH－=Cu2O＋H2O

【解析】

(1)金属硫化物焙烧时转化为金属氧化物与二氧化硫，Cu2S与O2反应时，根据得失电子守恒，分析氧化剂与还原剂的物质的量之比；

(2)酸性条件下，H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋，本身被还原为H2O，酸性条件下O2也可以将Fe2＋氧化为Fe3＋；

(3)调整pH的目的是使铁离子全部转化为氢氧化铁沉淀除去，而铜离子不能形成沉淀；

(4)N2H4将Cu2＋还原为Cu2O，自身被氧化为N2；Cu2O不溶于水，且有较强的还原性，在加热条件下易被空气氧化；

(5)因Cu2O是在阳极上生成的，阳极材料是铜，铜失去电子转化为Cu2O，据此解答。

(1)金属硫化物焙烧时转化为金属氧化物与二氧化硫，故炉气中的有害气体成分是SO2，Cu2S与O2反应时，氧化剂为O2，还原剂为Cu2S，1molO2得4mol电子，Cu的化合价从+1价升高为+2价，S的化合价从-2价升高为+4价，故1molCu2S失8mol电子，根据得失电子守恒，氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1，故答案为：SO2；2∶1；

(2)酸性条件下，H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋，本身被还原为H2O，离子方程式为2Fe2＋＋2H＋＋H2O2=2Fe3＋＋2H2O；酸性条件下O2也可以将Fe2＋氧化为Fe3＋，而氧气或空气价格远低于H2O2，所以用氧气替代双氧水，可以有效降低生产成本，故答案为：2Fe2＋＋2H＋＋H2O2=2Fe3＋＋2H2O；空气或氧气；

(3)调整pH的目的是使铁离子全部转化为氢氧化铁沉淀除去，而铜离子不能形成沉淀，故pH调控范围是3.7≤pH<4.8，故答案为：3.7≤pH<4.8；

(4)N2H4将Cu2＋还原为Cu2O，自身被氧化为N2，化学方程式为4CuSO4＋N2H4＋8KOH2Cu2O＋N2↑＋4K2SO4＋6H2O；由于Cu2O不溶于水，故操作X为过滤、洗涤、烘干；因Cu2O有较强的还原性，在加热条件下易被空气氧化，故烘干过程中要隔绝空气，故答案为：4CuSO4＋N2H4＋8KOH2Cu2O＋N2↑＋4K2SO4＋6H2O；过滤；防止Cu2O被空气中氧气氧化；

(5)因Cu2O是在阳极上生成的，阳极材料是铜，铜失去电子转化为Cu2O，相应的电极反应式为2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O，故答案为：2Cu－2e－＋2OH－=Cu2O＋H2O。