Question

11．銅是人類生產生活中應用較為廣泛的一種金屬材料，請回答下列有關銅及其化合物的問題：

Ⅰ．銅冶金技術以火法冶煉為主，火法煉銅的工藝流程如圖1：
已知：反應①：2Cu₂S（g）+3O₂（g）═2Cu₂O（g）+2SO₂（g）△H=-768.2kJ•mol^-1
反應②：2Cu₂O（g）+Cu₂S（g）═6Cu（g）+SO₂（g）△H=+116.0kJ•mol^-1
（1）在反應②中，毎生成標況下，11.2LSO₂轉移電子為3mol．
（2）請寫出Cu₂S被O₂氧化生成Cu和SO₂的熱化學方程式3Cu₂S（g）+3O₂（g）=6Cu（g）+3SO₂（g），△H=-652.2kJ/mol．
Ⅱ．某研究性學習小組將一定濃度的Na₂CO₃溶液滴入CuSO₄溶液中得到沉淀，并將沉淀過濾、洗滌、干燥，三位同學就沉淀的組成提出了各自的觀點：
甲同學認為兩者反應只有CuCO₃一種沉淀生成；
乙同學認為這兩者相互促進水解反應，生成Cu（OH）₂一種沉淀；
丙同學認為生成CuCO₃和Cu（OH）₂兩種沉淀．
為探究沉淀的組成，該小組同學取適量實驗所得沉淀物，用以上儀器組裝成了一套實驗裝置如圖2．請回答下列問題：
（1）各裝置連接順序為A→C→B．
（2）若甲同學的結論正確，實驗現(xiàn)象為C中固體不變色、B中溶液變渾濁．
（3）若丙同學的觀點正確，可通過下列所示裝置如圖3的連接，進行定量縫隙來測定其組成．
①儀器組裝好首先要進行的實驗操作是檢驗裝置氣密性．
②若沉淀樣品的質量為mg，當反應完全后，裝置C質量增加了ng，則沉淀中CuCO₃的質量分數為$\frac{9m-49n}{9m}×100%$（用含m和n的代數式表達）．
（4）沉淀轉化在生產中也有重要應用，例如，用Na₂CO₃溶液可以將銅爐水垢這的CaSO₄轉化為較疏松且清除的CaCO₃，該沉淀轉化達到平衡時，其平衡常數K=3.25×10^-5（寫具體數值），
【已知K_sp（CaSO₄）=9.1×10^-4，K_sp（CaCO₃）=2.8×10^-9】
（5）藍銅礦的主要成分為2CuCO₃•Cu（OH）₂，當它與焦炭一起加熱時，可以生成銅，二氧化碳和水，寫出該反應的化學方程式2[2CuCO₃•Cu（OH）₂]+3C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$6Cu+7CO₂↑+2H₂O．

Answer 1

分析 I．（1）在反應②2Cu₂O（g）+Cu₂S（g）═6Cu（g）+SO₂（g）△H=+116.0kJ•mol^-1中，每生成1mol二氧化硫，轉移電子的物質的量=1mol×[4-（-2）]=6mol，根據二氧化硫和轉移電子的物質的量關系計算；
（2）反應①：2Cu₂S（g）+3O₂（g）═2Cu₂O（g）+2SO₂（g）△H=-768.2kJ•mol^-1
反應②：2Cu₂O（g）+Cu₂S（g）═6Cu（g）+SO₂（g）△H=+116.0kJ•mol^-1
將方程式①+②得3Cu₂S（g）+3O₂（g）=6Cu（g）+3SO₂（g），反應熱進行相應的改變；
II．（1）加熱Cu（OH）₂生成H₂O，加熱CuCO₃生成CO₂，水能使無水硫酸銅變藍色，二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，所以用無水硫酸銅檢驗水，用澄清石灰水檢驗二氧化碳；
（2）如果甲正確，說明生成的氣體中含有二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，無水硫酸銅不變色；
（3）如果丙正確，則生成的氣體中含有二氧化碳和水；
①有連接的裝置在實驗前必須檢驗裝置氣密性；
②裝置C是濃硫酸，能吸收水分，C中質量增加量為水的質量，根據H原子守恒計算氫氧化銅質量，從而確定碳酸銅質量，根據質量分數公式計算碳酸銅質量分數；
（4）CaSO₄和碳酸鈉反應轉化為CaCO₃的離子方程式為：CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）=CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），其平衡常數K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{{K}_{sp}（CaS{O}_{4}）}{{K}_{sp}（CaC{O}_{3}）}$；
（5）根據反應物和生成物書寫方程式．

解答 解：I．（1）在反應②2Cu₂O（g）+Cu₂S（g）═6Cu（g）+SO₂（g）△H=+116.0kJ•mol^-1中，每生成1mol二氧化硫，轉移電子的物質的量=1mol×[4-（-2）]=6mol，n（SO₂）=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，則每生成0.5mol二氧化硫轉移電子3mol，故答案為：3；
（2）反應①：2Cu₂S（g）+3O₂（g）═2Cu₂O（g）+2SO₂（g）△H=-768.2kJ•mol^-1
反應②：2Cu₂O（g）+Cu₂S（g）═6Cu（g）+SO₂（g）△H=+116.0kJ•mol^-1
將方程式①+②得3Cu₂S（g）+3O₂（g）=6Cu（g）+3SO₂（g），△H=（-768.2kJ•mol^-1
）+（+116.0kJ•mol^-1）=-652.2kJ/mol，
故答案為：3Cu₂S（g）+3O₂（g）=6Cu（g）+3SO₂（g），△H=-652.2kJ/mol；
II．（1）加熱Cu（OH）₂生成H₂O，加熱CuCO₃生成CO₂，水能使無水硫酸銅變藍色，二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，所以用無水硫酸銅檢驗水，用澄清石灰水檢驗二氧化碳，因為澄清石灰水中含有水分，所以應該先檢驗水后檢驗二氧化碳，則實驗儀器連接順序是A、C、B，故答案為：A；C；B；
（2）如果甲正確，說明生成的氣體中含有二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，因為沒有水，所以無水硫酸銅不變色，則看到的現(xiàn)象是C中固體不變色、B中溶液變渾濁，故答案為：C中固體不變色、B中溶液變渾濁；
（3）如果丙正確，則生成的氣體中含有二氧化碳和水；
①有連接的裝置在實驗前必須檢驗裝置氣密性，故答案為：檢驗裝置氣密性；
②裝置C是濃硫酸，能吸收水分，C中質量增加量為水的質量，m（H₂O）=ng，n（H₂O）=$\frac{ng}{18g/mol}=\frac{n}{18}$mol，根據H原子守恒得n[Cu（OH）₂]=n（H₂O）=$\frac{ng}{18g/mol}=\frac{n}{18}$mol，則m[Cu（OH）₂]=$\frac{n}{18}$mol×98g/mol=$\frac{49n}{9}$g，
m（CuCO₃）=（m-$\frac{49n}{9}$）g，碳酸銅質量分數=$\frac{（m-\frac{49n}{9}）g}{mg}×100%$=$\frac{9m-49n}{9m}×100%$，
故答案為：$\frac{9m-49n}{9m}×100%$；
（4）CaSO₄和碳酸鈉反應轉化為CaCO₃的離子方程式為：CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）=CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），其平衡常數K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{{K}_{sp}（CaS{O}_{4}）}{{K}_{sp}（CaC{O}_{3}）}$=$\frac{9.1×1{0}^{-4}}{2.8×1{0}^{-9}}$=3.25×10^-5，
故答案為：3.25×10^-5；
（5）根據反應物和生成物書寫方程式為2[2CuCO₃•Cu（OH）₂]+3C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$6Cu+7CO₂↑+2H₂O，
故答案為：2[2CuCO₃•Cu（OH）₂]+3C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$6Cu+7CO₂↑+2H₂O．

點評 本題以Cu及其化合物為載體考查物質成分檢驗、物質性質檢驗等知識點，綜合性較強，為高頻考點，涉及方程式的書寫、平衡常數計算、方程式的計算、蓋斯定律、實驗設計等知識點，明確實驗原理、物質性質、化學反應原理是解本題關鍵，難點是實驗設計，知道每個儀器的作用及可能發(fā)生的反應、反應現(xiàn)象，側重考查學生實驗操作、實驗設計能力，題目難度中等．