Question

13．铜及其化合物在生活、生产中有广泛应用．请回答下列问题：
（1）自然界地表层原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后变成CuSO₄溶液向地下深层渗透，遇到难溶的ZnS，慢慢转变为铜蓝（CuS）．写出CuSO₄转变为铜蓝的离子方程式Cu²⁺（aq）+ZnS（s）=Zn²⁺（aq）+CuS（s）．
（2）工业上以黄铜矿CuFeS₂）为原料，采用火法熔炼工艺生产铜的中间过程会发生反应：2Cu₂O+Cu₂S$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6Cu+SO₂↑，该反应的氧化剂是Cu₂O，Cu₂S；验证反应产生的气体是SO₂的方法是将气体通入品红溶液溶液褪色，加热恢复原色．
（3）图I是一种新型燃料电池，它以CO为燃料，一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃熔融混合物为电解质，图II是粗铜精炼的装置图，假若用燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验．

①写出A极的电极反应式CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂．
②要用燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验，粗铜板应与B极（填“A”或“B”）相连；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为Au、Ag以单质形式沉积在阳极下方，Fe以Fe²⁺的形式进入电解液中．
③当消耗标准状况下1.12LCO时，精铜电极的质量变化情况为增加3.2g．
（4）现向一含有Ca²⁺、Cu²⁺的混合溶液中滴加Na₂CO₃溶液，若首先生成CuCO₃沉淀，根据该实验可得出的结论是C（填序号）
A．Ksp（CuCO₃）＜Ksp（CaCO₃） B．c（Cu²⁺）＜c（Ca²⁺）
C．$\frac{{c（C{u^{2+}}）}}{{c（C{a^{2+}}）}}$＞$\frac{{{K_{SP}}（CuC{O_3}）}}{{{K_{SP}}（CaC{O_3}）}}$D．$\frac{{c（C{u^{2+}}）}}{{c（C{a^{2+}}）}}$＜$\frac{{{K_{SP}}（CuC{O_3}）}}{{{K_{SP}}（CaC{O_3}）}}$．

Answer 1

分析 （1）难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化是溶解度大的物质向溶解度小的物质转化；
（2）根据元素的化合价变化判断，得电子化合价降低的物质是氧化剂；SO₂具有漂白性，能使品红溶液褪色，加热恢复原色；
（3）①原电池负极发生氧化反应，正极发生还原反应，所以通入氧气的一极为正极，通入CO的一极为负极；
②粗铜精炼时，粗铜作阳极，与电源的正极相连；粗铜中的Au、Ag，它们在电解槽中的下方，以单质形式沉积在阳极下方；Fe以Fe²⁺的形式进入电解液中；
③根据电子得失守恒以及精铜中铜离子得到电子来计算；
（4）先生成CuCO₃沉淀，说明溶液中铜离子生成碳酸铜沉淀需要的碳酸根离子浓度$\frac{Ksp（CuC{O}_{3}）}{c（C{u}^{2+}）}$小于钙离子生成碳酸钙沉淀需要的碳酸根离子浓度$\frac{Ksp（CaC{O}_{3}）}{c（C{a}^{2+}）}$，据此进行解答．

解答 解：（1）ZnS的溶解度小于铜蓝（CuS），CuSO₄转变为铜蓝的离子方程式：Cu²⁺（aq）+ZnS（s）=Zn²⁺（aq）+CuS（s），故答案为：Cu²⁺（aq）+ZnS（s）=Zn²⁺（aq）+CuS（s）；
（2）2Cu₂O+Cu₂S$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6Cu+SO₂↑，该反应中铜的化合价由+1价变为0价，铜元素在该反应中得电子化合价降低，所以该反应中的氧化剂是Cu₂O，Cu₂S；
SO₂具有漂白性，能使品红溶液褪色，加热恢复原色，所以将气体通入品红溶液溶液褪色，加热恢复原色，
故答案为：Cu₂O，Cu₂S；将气体通入品红溶液溶液褪色，加热恢复原色；
（3）①CO具有还原性，在负极上发生氧化反应生成CO₂，电极反应式为：CO-2e^-+CO₃^2-═2CO₂，
故答案为：CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂．
②因A为负极，B为正极，粗铜精炼时，粗铜作阳极，与电源的正极B相连；Au、Ag比较稳定，不反应，以单质形式沉积在c（阳极）下方，Fe失去电子变成Fe²⁺的形式进入电解液中；
故答案为：B； Au、Ag以单质形式沉积在阳极下方，Fe以Fe²⁺的形式进入电解液中；
③当消耗标准状况下1.12L CO时，电极反应式：CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂，失去电子为$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$×2=0.1mol，精铜电极电极反应式：Cu²⁺+2e^-=Cu，由电子得失守恒可知Cu²⁺的物质的量为$\frac{0.1mol}{2}$=0.05mol，精铜电极的质量增加的质量为：0.05mol×64g/mol=3.2g，
故答案：增加3.2g；
（4）碳酸铜、碳酸钙的溶度积分别为：Ksp（CuCO₃）=c（Cu²⁺）•c（CO₃^2-）、Ksp（CaCO₃）=c（Ca²⁺）•c（CO₃^2-），向一含有Ca²⁺、Cu²⁺的混合溶液中滴加Na₂CO₃溶液，若首先生成CuCO₃沉淀，说明铜离子生成碳酸铜沉淀需要的碳酸根离子浓度小于钙离子生成碳酸钙沉淀需要的碳酸根离子，即$\frac{Ksp（CuC{O}_{3}）}{c（C{u}^{2+}）}$＜$\frac{Ksp（CaC{O}_{3}）}{c（C{a}^{2+}）}$，整理得：$\frac{{c（C{u^{2+}}）}}{{c（C{a^{2+}}）}}$＞$\frac{{{K_{SP}}（CuC{O_3}）}}{{{K_{SP}}（CaC{O_3}）}}$，故答案为：C．

点评 考查溶解平衡以及沉淀的转化、氧化还原反应的判断、SO₂的检验、电极反应式的书写以及有关计算、粗铜的精炼等知识，注意知识的迁移应用是关键，难度中等．