Question

20．铜、铁是人类使用最早、应用广泛的金属．
（一）对古代制品的认识
青铜铸件、丝绸织品、陶瓷器皿是我国古代劳动人民创造的辉煌成就．
1、上述制品不涉及到的材料是C（选填序号）．
A、金属材料      B、无机非金属材料     C、复合材料
（2）如图1为出土文物古代青铜铸件“马踏飞燕”．该文物能保存至今的原因可能是AC（选填序号）．
A、铜的活泼性弱    B、铜不会生锈   C、深埋于地下，隔绝空气
（二）铁、铜的冶炼
1、我国古代曾用孔雀石炼铜，涉及主要反应的化学方程式：Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+CO₂↑+2CuO，2CuO+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑．
2、铁、铜矿石有赤铁矿（Fe₂O₃）、磁铁矿（Fe₃O₄）、黄铁矿（FeS₂）、黄铜矿（CuFeS₂）等．CuFeS₂为二硫化亚铁铜，其中S元素的化合价为-2．
（1）工业炼铁大多采用赤铁矿、磁铁矿．以磁铁矿为原料炼铁反应的化学方程式为Fe₃O₄+4CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3Fe+4CO₂．炼铁不采用黄铁矿、黄铜矿，可能的原因是：
①黄铁矿、黄铜矿含铁量相对低；②冶炼过程中会产生有毒气体二氧化硫，污染环境．
（2）以黄铜矿为原料，采用生物炼铜是现代炼铜的新工艺，原理为：4CuFeS₂+17O₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;耐酸、铜细菌\;}}{\;}$4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O．
向上述反应后的溶液中加入Fe粉，得到FeSO₄溶液和Cu．
①发生主要反应的化学方程式：Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄，Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄．
②FeSO₄溶液经蒸发浓缩、降温结晶、过滤等操作得到FeSO₄•7H₂O晶体．
（三）黄铜矿中铁、铜含量的测定
在科研人员指导下，兴趣小组称取25.00g黄铜矿（含少量Fe₂O₃和其它不含金属元素的杂质）模拟生物炼铜，使其全部转化为CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃溶液．向溶液中加入过量NaOH溶液得到Cu（OH）₂、Fe（OH）₃固体．
1、证明NaOH溶液过量的方法：静置，向上层清液中滴加NaOH溶液，无现象．
2、用图2装置对固体进行热分解实验．
【资料】
①在68℃时，Cu（OH）₂分解为CuO；在500℃时，Fe（OH）₃分解为Fe₂O₃．
②在1400℃时，CuO分解为Cu₂O和O₂，Fe₂O₃分解为复杂的铁的氧化物和O₂．
（1）装配好实验装置后，先要检查装置的气密性．
（2）停止加热后仍需继续通N₂，可防止倒吸和使生成的气体全部被B和C装置吸收．
（3）控制不同的温度对A中固体加热，测得装置B和C中铜网的质量变化如表．

温度/℃	室温	100	550	1400
B装置/g	200.00	201.80	205.04	205.04
C中铜网/g	100.00	100.00	100.00	101.28

①此黄铜矿中铜、铁元素的质量分数：ω（Cu）%=25.60%；ω（Fe）%=26.88%．
②复杂的铁的氧化物化学式为Fe₄O₅．

Answer 1

分析 （一）根据材料的分类来分析；
根据合金的性质来分析；
（二）1、根据化学反应的原理以及化学方程式的写法来分析；
2、根据化合物中元素化合价的计算方法来分析；
（1）首先根据反应原理找出反应物、生成物、反应条件，根据化学方程式的书写方法、步骤进行书写即可；
铁矿石的选择原则：含铁量高，不含有害元素，冶炼过程中不产生或少产生污染环境的物质；
（2）根据反应的原理以及化学方程式的写法来分析；根据从混合物中分离纯净物的方法来分析；
（三）1、根据物质的性质以及检验方法来分析；
2、（1）根据实验操作的注意事项来分析；
（2）根据实验的要求与气体流通来分析；
（3）①根据题干信息与数据来分析计算；
②根据计算结果来分析解答．

解答 解：（一）（1）青铜是合金，属于金属材料；丝绸属于天然材料；陶瓷属于无机非金属材料；故填：C；
（2）铜的活动性弱，且深埋于地下隔绝了空气，所以青铜器不易生锈；故填：AC；
（二）1、碱式碳酸铜受热分解生成氧化铜、二氧化碳和水，反应的化学方程式为：Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+CO₂↑+2CuO；故填：Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+CO₂↑+2CuO；
2、CuFeS₂为二硫化亚铁铜，其中铜元素显+2价，铁元素显+2价，设硫元素的化合价为x，则（+2）+（+2）+2x=0，x=-2；故填：-2；
（1）工业上用CO和磁铁矿炼铁，主要是利用CO的还原性，在高温下和氧化铁反应生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为Fe₃O₄+4CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3Fe+4CO₂．黄铁矿、黄铜矿含铁量低，含有对环境有害的元素硫，并且在冶炼过程中会产生有毒气体二氧化硫，污染环境，因此黄铁矿、黄铜矿不宜炼铁．故填：Fe₃O₄+4CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3Fe+4CO₂；冶炼过程中会产生有毒气体二氧化硫，污染环境；
（2）①加入的铁粉能与硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁；故填：Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄；
②FeSO₄溶液经蒸发浓缩、降温结晶、过滤等操作得到FeSO₄•7H₂O晶体．故填：降温结晶；
（三）1、可以向上层清液中滴加氢氧化钠溶液，若产生沉淀则氢氧化钠的量不足，若没有沉淀产生则氢氧化钠已经过量；故填：NaOH；
2、（1）对于有气体生成的反应，在实验前，一定要检查装置的气密性；故填：检查装置的气密性；
（2）为了使得生成水蒸气、氧气被完全吸收，所以停止加热后仍需继续通N₂，故填：使生成的气体全部被B和C装置吸收；
（3）①设其中铜元素的质量为x．氢氧化铜受热会分解为氧化铜和水，方程式为Cu（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuO+H₂O，从室温加热到100℃时，装置B中增重的质量为氢氧化铜分解生成水的质量；由题干信息可知，经过一系列化学反应时，物质的关系是：
Cu～CuFeS₂～CuSO₄～Cu（OH）₂～H₂O
64                                              18
x                                        （201.80-200.00）g
 $\frac{64}{18}=\frac{x}{（201.80-200.00）g}$
x=6.4g
则此黄铜矿中铜元素的质量分数：ω（Cu）%=$\frac{6.4g}{25.00g}×100%=25.60%$；
设其中铁元素的质量为y．氢氧化铁受热会分解为氧化铁和水，方程式为2Fe（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+3H₂O，从100℃加热到550℃时，装置B中增重的质量为氢氧化铁分解生成水的质量；由题干信息可知，经过一系列化学反应时，物质的关系是：
2Fe～2CuFeS₂～Fe₂（SO₄）₃～Fe（OH）₃～3H₂O
112                                                        54
 y                                                    （205.04-201.80）g
$\frac{112}{54}=\frac{y}{（205.04-201.80）g}$
y=6.72g
则此黄铜矿中铁元素的质量分数：ω（Fe）%=$\frac{6.72g}{25.00g}×100%=26.88%$
故答案为：25.60%；26.88%；
②氧化铜受热分解的方程式为：4CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu₂O+O₂↑
设氧化铜分解生成氧气的质量为z，则
4Cu～4CuO～2Cu₂O～O₂
256                       32
6.4g                      z
$\frac{256}{32}=\frac{6.4g}{z}$
z=0.8g
因为装置C增重的质量为氧化铜、氧化铁分解产生氧气的总质量，所以氧化铁分解生成氧气的质量为：（101.28g-100.00g-0.8g）=0.48g
氧化铁的质量为：6.72g÷$\frac{112}{160}×100%$=9.6g
生成的复杂铁的氧化物中含氧元素的质量为：9.6g-0.48g-6.72g=2.4g
复杂的铁的氧化物中铁原子与氧原子的个数比为：$\frac{6.72g}{56}$：$\frac{2.4g}{16}$=4：5
则复杂的铁的氧化物化学式为：Fe₄O₅；故填：Fe₄O₅．

点评 要理解炼铁的原理和方法过程，了解金属元素的存在及常见的金属矿物，注意炼铁过程中产生的副产物对环境的影响是解答这类题的关键．