Question

9．某CuS中含有少量不溶于酸的雜質，實驗室以該CuS為原料制備CuCl₂•2H₂O晶體，流程如下：
已知：CuS在焙燒過程中，有 Cu₂S、CuO•CuSO₄、CuSO₄、CuO生成，轉化順序為：
CuS$\stackrel{Ⅰ}{→}$Cu₂S$\stackrel{Ⅱ}{→}$CuO•CuSO₄$\stackrel{Ⅲ}{→}$CuSO₄$→_{760}^{Ⅳ}$CuO
（1）請寫出CuS在焙燒過程中第Ⅰ階段的反應方程式：2CuS+O₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Cu₂S+SO₂．
（2）在酸溶液時發(fā)生的主要反應的離子方程式為CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O．
（3）在實驗室中完成系列操作A，需要用到如圖2所示實驗裝置中的b（填字母）．
（4）某化學課外活動小組設計如圖3裝置，模擬CuS在焙燒第Ⅳ階段的過程，并驗證所得氣體中有SO₂和O₂，已知：濃硫酸可吸收SO₃氣體．
①裝置的正確連接順序是B→D→A→D→C→E（填裝置字母代號，有的裝置可重復使用），裝置連接完成后，應立即進行的一項操作是檢查裝置氣密性．
②裝置B的作用是制得二氧化碳氣體，排除裝置內空氣，裝置E中所裝的試劑是氫氧化鈉溶液．
③能說明第Ⅳ階段所得氣體有SO₂和O₂的現(xiàn)象是C中產(chǎn)生白色沉淀．
④若原CuS樣品的質量為12g，在實驗過程中，保持溫度在750℃左右持續(xù)加熱，待樣品充分反應后，石英玻璃管內所得固體的質量為10.4g，則原樣品中CuS的質量分數(shù)為80%（假設各階段銅元素均無損失，雜質也不參加反應）

Answer 1

分析 CuS在焙燒過程中發(fā)生氧化還原反應，依次有Cu₂S、CuO•CuSO₄、CuSO₄、CuO生成，硫化銅中的硫最終轉化成二氧化硫，同時生成CuO，加入鹽酸，過濾得到氯化銅溶液，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶得到產(chǎn)品．
（1）第Ⅰ階段是硫化銅與氧氣反應生成硫化亞銅和二氧化硫，據(jù)此寫出反應的化學方程式；
（2）酸溶時是氧化銅與鹽酸反應，據(jù)此寫出離子方程式；
（3）操作A實驗的目的是從氯化銅溶液中得到CuCl₂•2H₂O，根據(jù)蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶和過濾選擇；
（4）硫酸銅受熱分解所得氣體的成分可能含有SO₃、SO₂、O₂，驗證所得氣體中有SO₂和O₂，需排盡A裝置中的空氣，用裝置B制取干燥的二氧化碳，先通入二氧化碳排盡A中的空氣，再對A進行加熱，用濃硫酸吸收水和三氧化硫，進入氯化鋇溶液的氣體只有二氧化硫和氧氣，當氯化鋇中產(chǎn)生白色沉淀，說明所得氣體有有SO₂和O₂，再用E進行尾氣吸收．
①由分析可知實驗裝置的正確連接順序；實驗前必須檢查裝置的氣密性；
②裝置B的作用是制得二氧化碳氣體，排除裝置內空氣；二氧化硫有毒，且是酸性氧化物，可用氫氧化鈉溶液吸收；
③只有二氧化硫通入氯化鋇溶液時，不發(fā)生反應，無明顯現(xiàn)象，若同時有氧氣通入，會發(fā)生氧化還原反應生成硫酸鋇沉淀；
④硫化銅中有不反應的雜質，反應前是CuS和雜質12g，最終是CuO和雜質10.4g，質量差為12g-10.4g=1.6g，等于硫元素與氧元素的質量差，則CuS物質的量應為0.1mol，計算出其質量，再算出質量分數(shù)．

解答 解：CuS在焙燒過程中發(fā)生氧化還原反應，依次有Cu₂S、CuO•CuSO₄、CuSO₄、CuO生成，硫化銅中的硫最終轉化成二氧化硫，同時生成CuO，加入鹽酸，過濾得到氯化銅溶液，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶得到產(chǎn)品．
（1）根據(jù)CuS礦樣在焙燒過程中轉化順序可知，第Ⅰ階段反應為硫化銅轉化成硫化亞銅，反應的化學方程式為：2CuS+O₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Cu₂S+SO₂，
故答案為：2CuS+O₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Cu₂S+SO₂；
（2）酸溶時是氧化銅與鹽酸反應，離子反應方程式為：，
故答案為：CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O；
（3）操作A實驗的目的是從氯化銅溶液中得到CuCl₂•2H₂O，需要的操作方法按照操作順序依次是：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶和過濾，所以需要的裝置為b，故答案為：b；
（4）硫酸銅受熱分解所得氣體的成分可能含有SO₃、SO₂、O₂，驗證所得氣體中有SO₂和O₂，需排盡A裝置中的空氣，用裝置B制取干燥的二氧化碳，先通入二氧化碳排盡A中的空氣，再對A進行加熱，用濃硫酸吸收水和三氧化硫，進入氯化鋇溶液的氣體只有二氧化硫和氧氣，當氯化鋇中產(chǎn)生白色沉淀，說明所得氣體有有SO₂和O₂，再用E進行尾氣吸收．
①由分析可知實驗裝置的正確連接順序是B→D→A→D→C→E，反應裝置有多個儀器組合而成，實驗前必須檢查裝置的氣密性，
故答案為：B；A；D；C；E；檢查裝置氣密性；
②裝置B的作用是制得二氧化碳氣體，排除裝置內空氣；二氧化硫有毒，污染空氣，可用氫氧化鈉溶液吸收，則E中的試劑是氫氧化鈉溶液，
故答案為：制得二氧化碳氣體，排除裝置內空氣；氫氧化鈉溶液；
③只有二氧化硫通入氯化鋇溶液時，不發(fā)生反應，無明顯現(xiàn)象，若同時有氧氣通入，會生成硫酸鋇沉淀，所以當C中有白色沉淀產(chǎn)生時，說明產(chǎn)生的氣體中有二氧化硫和氧氣，
故答案為：C中產(chǎn)生白色沉淀；
④硫化銅中有不反應的雜質，反應前是CuS和雜質12g，最終是CuO和雜質10.4g，質量差為12g-10.4g=1.6g，等于硫元素與氧元素的質量差，則CuS物質的量應為0.1mol，質量為0.1mol×96g/mol=9.6g，質量分數(shù)為$\frac{9.6g}{12g}$×100%=80%，
故答案為：80%．

點評 本題考查CuCl₂•2H₂O晶體的制備方法、性質實驗方案的設計等，題目難度較大，最后的質量分數(shù)計算是難點，容易忽略雜質不參加反應，錯誤認為10.4g就是氧化銅的質量，試題培養(yǎng)了學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力．