Question

黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿等是工业炼铜的常用原料．
完成下列计算：
（1）某种黄铜矿中铜的质量分数为0.25，生产1吨纯铜理论上需要这种铜矿

 

吨．
（2）实验室以黄铜矿为原料模拟工业炼铜时会产生SO₂，用200mL 1mol/L的NaOH溶液吸收后，将溶液低温蒸干，得到不含结晶水的固体19.98g，求所得固体的成分及物质的量．
（3）斑铜矿的主要成分M由Cu、Fe、S三种元素组成，其中Cu、Fe元素的质量比为40：7．常温下将5.04g M粉末全部溶于过量浓HNO₃中，反应后的溶液加水稀释至500mL，测得其pH=0．向溶液中滴加5mol/L的NaOH溶液，当加入126mL后，沉淀质量不再增加，求M的化学式．
（4）以辉铜矿为原料火法炼铜，其原理是：
2Cu₂S+3O₂→2Cu₂O+2SO₂；
Cu₂S+2Cu₂O→6Cu+SO₂↑．
将含3mol Cu₂S的辉铜矿与一定量的空气（氮气、氧气的体积比为4：1）在密闭容器中充分反应（假设各步反应都完全），得到单质铜3mol，求所得气体中SO₂的体积分数．

Answer 1

考点：化学方程式的有关计算

专题：计算题

分析：（1）根据元素守恒，矿石中铜的质量等于纯铜的质量计算；
（2）NaOH的物质的量为0.2L×1mol/L=0.2mol，假设固体全为Na₂SO₃，则生其质量为

0.2mol

2

×126g/mol=12.6g＜19.98g，假设固体全是NaHSO₃，则其质量为0.2mol×104g/mol=20.8＞19.98g，故固体为Na₂SO₃、NaHSO₃的混合物，根据钠离子守恒与二者总质量列方程计算各自物质的量；
（3）根据Cu、Fe元素的质量比为40：7计算n（Cu）：n（Fe），当加水稀释至500 L时测得其pH为0，此是氢离子浓度为1mol/L，氢氧化钠先中和氢离子，然后将金属离子转化为沉淀，可知金属离子消耗氢氧化钠的物质的量为2n（Cu²⁺）+3n（Fe³⁺），联立可以计算n（Cu）、n（Fe），进而计算S元素物质的量，再计算三元素物质的量之比确定化学式；
（4）已知2Cu₂S+3O₂→2Cu₂O+2SO₂ Cu₂S+2Cu₂O→6Cu+SO₂↑，反应得到单质铜3mol，根据方程式计算生成二氧化硫，结合空气中氧气和氮气的含量计算．

解答： 解：（1）生产1吨纯铜，需矿石的质量为：

1t

0.25

=4t，故答案为：4；
（2）NaOH的物质的量为0.2L×1mol/L=0.2mol，假设固体全为Na₂SO₃，则其质量为

0.2mol

2

×126g/mol=12.6g＜19.98g，假设固体全是NaHSO₃，则其质量为0.2mol×104g/mol=20.8＞19.98g，故固体为Na₂SO₃、NaHSO₃的混合物，
设Na₂SO₃、NaHSO₃的物质的量分别为xmol、ymol，则：
由二者总质量：126x+104y=19.98
根据Na元素守恒：2x+y=0.2
联立方程解得x=0.01，y=0.18，
答：所得固体中Na₂SO₃为0.01mol，NaHSO₃为0.18mol；
（3）由Cu、Fe元素的质量比为40：7，则n（Cu）：n（Fe）=

40

64

：

7

56

=5：1，当加水稀释至500 L时测得其pH为0，此是氢离子浓度为1mol/L，氢氧化钠先中和氢离子，然后将金属离子转化为沉淀，所以2n（Cu²⁺）+3n（Fe³⁺）=5mol/L×0.126L-1mol/L×0.5L=0.13mol，
联立解得：n（Cu）=0.05mol，n（Fe）=0.01mol，
故m（S）=5.04g-0.01mol×56g/mol-0.05mol×64g/mol=1.28g，则n（S）=

1.28g

32g/mol

=0.04mol，
则n（Fe）：n（Cu）：n（S）=0.01mol：0.05mol：0.04mol=1：5：4，
则M的化学式为FeCu₅S₄，
答：M的化学式：FeCu₅S₄；
（4）将含3molCu₂S的辉铜矿与一定量的空气（氮气、氧气的体积比4：1）在密闭容器中充分反应（假设各步反应都完全），得到单质铜3mol，
若Cu₂S过量
 2Cu₂S+3O₂ →2Cu₂O+2SO₂ 
  1mol 1.5mol  1mol  1mol
 Cu₂S+2Cu₂O→6Cu+SO₂↑
 0.5mol 1mol  3mol  0.5mol
则反应消耗氧气为1.5mol，氮气的物质的量是氧气的4倍，则氮气的物质的量为6mol，
生成的二氧化硫为0.5mol+1mol=1.5mol，
则所得气体中的二氧化硫的体积分数

1.5

6+1.5

×100%=20%；
若Cu₂O过量
 2Cu₂S+3O₂ →2Cu₂O+2SO₂ 
 2.5mol 3.75mol 2.5mol 2.5mol
 Cu₂S+2Cu₂O→6Cu+SO₂↑
 0.5mol 1mol 3mol  0.5mol
则反应消耗氧气为3.75mol，氮气的物质的量是氧气的4倍，则氮气的物质的量为15mol，
生成的二氧化硫为0.5mol+2.5mol=3mol，
则所得气体中的二氧化硫的体积分数

3

3+15

×100%=16.7%；
答：若Cu₂S过量，SO₂%=20%，若Cu₂O过量，SO₂%=16.7%．

点评：本题考查混合物计算、复杂化学式的计算，侧重考查学生分析计算能力，注意极限法与守恒法的应用，注意过量计算的方法．