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)试剂X是H₂O₂溶液，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)“还原”步骤中为提高N₂H₄转化率可采取的措施有_________(填序号)。

a．不断搅拌，使N₂H₄和溶液充分接触    b．增大通入N₂H₄的流速 

c．减少KOH的进入量                  d．减小通入N₂H₄的流速

(5)写出用N₂H₄制备Cu₂O的化学方程式为_______________

(6)操作X包括烘干，其中烘干时要隔绝空气，其目的是____________。

Answer

SO2 2∶1 空气或氧气 3.7≤pH<4.8 ad 4CuSO4＋N2H4＋8KOH2Cu2O＋N2↑＋4K2SO4＋6H2O 防止Cu2O被空气中氧气氧化

【解析】

根据流程：硫化铜矿石(含CuFeS2、Cu2S等)预处理后与氧气焙烧，根据后续流程可知该过程中Cu元素全部转化为CuO，铁元素转化为FeO和Fe2O3，根据S元素的价态规律可知其转化为SO2；加入稀硫酸溶解金属氧化物，得到含有Cu2+、Fe2+、Fe3+的酸性溶液，加入试剂X将Fe2+氧化为Fe3+，加入试剂Y调节pH为3.7～4.8沉淀Fe3+，过滤，将滤液用KOH、N2H4还原，得到氧化亚铜沉淀，过滤，洗涤、隔绝空气烘干，制得Cu2O，据此分析作答。

(1)焙烧过程中S元素会被氧化成有害气体SO2；Cu2S与O2反应时Cu元素化合价由+1价升为+2价，S元素化合价由-2价升为+4价，所以Cu2S为还原剂，整体化合价升高8价，O2为氧化剂，O元素由0价降为-2价，一个氧气降低4价，所以氧化剂和还原剂的物质的量之比为2:1；

(2)酸性条件下，氧气也可将Fe2+氧化为Fe3+，而氧气或空气价格远低于过氧化氢，故可用氧气或空气替代过氧化氢，降低成本；

(3)加入试剂Y的目的是调节pH完全沉淀Fe3+，但不沉淀Cu2+，根据表中数据可知，pH范围为：3.7≤pH＜4.8；

(4)a．不断搅拌，使N2H4和溶液充分接触可以加快反应速率，提高单位时间内N2H4的转化率，故a符合题意；

b．流速过快N2H4不能充分反应，转化率减小，故b不符合题意；

c．减少KOH的进入量会降低溶液对N2H4的吸收量，转化率减小，故c不符合题意；

d．减小通入N2H4的流速可以使反应更充分，故d符合题意；

综上所述选ad；

(5)N2H4制备Cu2O的反应物有CuSO4、N2H4和KOH，产物有N2和Cu2O等，该过程中+2价的铜元素将-2价的N元素氧化，根据电子守恒和元素守恒可得化学方程式为4CuSO4＋N2H4＋8KOH2Cu2O＋N2↑＋4K2SO4＋6H2O；

(6)因为Cu2O具有还原性，在加热条件下易被空气氧化，故烘干过程要隔绝空气；