Question

11．现有一种以黄铜矿和硫磺为原料制取铜和其他产物的新工艺，原料的综合利用率较高．其主要流程如下：

注：反应Ⅱ的离子方程式为Cu²⁺+CuS+4Cl-=2[CuCl₂]^-+S
请回答下列问题：
（1）从黄铜矿冶炼粗铜的传统工艺是将精选后的富铜矿砂与空气在高温下煅烧，使其转变为铜．这种方法的缺点是SO₂会导致大气污染、同时要消耗大量的热能．
（2）反应Ⅰ的产物为（填化学式）FeS₂、CuS．
（3）反应Ⅲ的离子方程式为4CuCl₂^-+O₂+4H⁺═4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O．
（4）一定温度下，在反应Ⅲ所得的溶液中加入稀硫酸，可以析出硫酸铜晶体，其原因是该温度下，硫酸铜的溶解度小于氯化铜．
（5）黄铜矿中Fe的化合价为+2，对于反应：8CuFeS₂+21O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8Cu+4FeO+2Fe₂O₃+16SO₂，下列有关该反应的说法正确的是BCD（填字母）．
A．反应中被还原的元素只有氧
B．反应生成的SO₂直接排放会污染环境
C．SO₂既是氧化产物又是还原产物
D．当有8mol铜生成时，转移电子数目为100N_A
（6）某硫酸厂为测定反应Ⅳ所得气体中SO₂的体积分数，取280mL（已折算成标准状况）气体样品与足量Fe₂（SO₄）₃溶液完全反应后，用浓度为0.02000mol/L的K₂Cr₂O₇标准溶液滴定至终点，消耗K₂Cr₂O₇溶液25.00mL．
已知：Cr₂O7^2-+Fe²⁺+H⁺→Cr³⁺+Fe³⁺+H₂O（未配平）
①SO₂通入Fe₂（SO₄）₃溶液，发生反应的离子方程式为SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺．
②反应Ⅳ所得气体中SO₂的体积分数为12.00%．

Answer 1

分析 黄铜矿与S在高温下煅烧，使其转变为FeS₂、CuS，加入HCl、NaCl、CuCl₂混合溶液 发生反应Cu²⁺+CuS+4Cl^-=2[CuCl₂]^-+S↓，过滤得到滤液中通入空气发生反应4CuCl₂^-+O₂+4H⁺=4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O，一定温度下，在反应Ⅲ所得的溶液中加入稀硫酸，可以析出硫酸铜晶体，结晶分离得到硫酸铜晶体，加入铁还原溶液得到铜；滤渣分离得到FeS和S，FeS₂通入空气灼烧得到氧化铁和二氧化硫，氧化铁炼钢，二氧化硫制备硫酸，
（1）富铜矿砂与空气在高温下煅烧，使其转变为铜，反应产物有污染性气体二氧化硫生成；
（2）由流程可知，黄铁矿分解生成的Fe、Cu均为+2价；
（3）反应Ⅲ中生成铜离子；
（4）考虑产物的溶解度，溶解度小的先从溶液中析出；
（5）分析化合价变化，根据化合价的变化来判断和计算；
（6）①发生氧化还原反应生成硫酸亚铁；
②利用14H⁺+Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O、SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺，可知，3SO₂～Cr₂O₇^2-，以此计算．

解答 解：（1）富铜矿砂与空气在高温下煅烧，要消耗大量的热能，生成SO₂会导致大气污染，故答案为：SO₂会导致大气污染，同时要消耗大量的热能；
（2）由流程可知，黄铁矿分解生成的Fe、Cu均为+2价，则反应I的产物为FeS₂、CuS，故答案为：FeS₂、CuS；
（3）反应Ⅲ中生成铜离子，则离子反应为4CuCl₂^-+O₂+4H⁺═4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O，故答案为：4CuCl₂^-+O₂+4H⁺═4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O；
（4）相同条件下硫酸铜的溶解度小，则该温度下，硫酸铜的溶解度小于氯化铜，所以向反应Ⅲ所得的溶液中加入稀硫酸，可以析出硫酸铜晶体，
故答案为：该温度下，硫酸铜的溶解度小于氯化铜；
（5）A．反应中被还原的除了O元素还有Cu元素，故A错误；B．二氧化硫为大气污染物，故B正确；C．从S元素化合价变化看，二氧化硫为氧化产物，从O元素化合价变化看，二氧化硫为还原产物，故C正确；D.8CuFeS₂反应转移电子为8×2+21×4=100，故D正确，故答案为：BCD；
（6）①发生氧化还原反应生成硫酸亚铁，离子反应为SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺，故答案为：SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺；
②利用14H⁺+Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O、SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺，
可知，3SO₂～Cr₂O₇^2-，
      3       1
      x       0.02mol/L×0.025L
解得x=0.0015mol，
 反应Ⅳ所得气体中SO₂的体积分数为：$\frac{0.0015mol}{\frac{0.28L}{22.4L/mol}}$×100%=12.00%，
故答案为：12.00%．

点评 本题以实际化工生产“黄铜矿的综合利用”为背景，考查物质的制备，为高考常见题型和高频考点，题目涉及元素化合物知识，离子方程式和化学方程式的书写及有关计算，题目更注重考查学生利用化学原理来解决实际问题的能力，利用关系式计算可简化计算．