Question

4．辉铜矿主要含有硫化亚铜（Cu₂S）及少量脉石（SiO₂）．
I．用辉铜矿制备硝酸铜的工艺流程如下：

（1）沉淀1的成分是Cu、Fe．
（2）CuO的作用是调节溶液pH，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀而从溶液中除去．
（3）结晶Cu（NO₃）₂•nH₂O时，下列操作中不正确的是①③
①加稀H₂SO₄②加稀HNO₃  ③加热蒸干 ④加热浓缩  ⑤冷却结晶
（4）当反应①中有2molFeCl₃被还原时，被氧化的Cu原子的物质的量为1mol．
Ⅱ．焙烧辉铜矿会产生大气污染物SO₂，为探究SO₂的化学性质，用下图装置进行实验．

（5）实验中，对于装置B中溶液红色褪为无色的现象，甲同学猜测是由于SO₂显酸性引起的，乙同学猜测是由于SO₂有漂白性引起的．请设计简单实验予以判断：取B中褪色后的溶液少许与试管中，向其中加入足量NaOH溶液，若溶液变红色（或取B中褪色后的溶液少许与试管中，加热不再变红色），则甲同学正确；或者：将溶液加热，若溶液恢复红色，则说明乙同学正确．
（6）装置D可证明SO₂具有氧化性，则D中的溶液可选用H₂S或Na₂S（填化学式），现象为D中溶液变浑浊或有淡黄色沉淀生成．
（7）为完成以上实验，仪器接口的连接顺序为a→edbcgfh或edgfbch．

Answer 1

分析 I．铁离子具有氧化性，可以将Cu⁺氧化为Cu²⁺、将S^2-氧化为S，过滤得到滤液1中含有CuCl₂、剩余的FeCl₃，得到的固体中含有S及SiO₂，固体中加入苯，过滤得到硫的苯溶液，矿渣为SiO₂，滤液水浴加热回收硫单质及苯；
在滤液中1加入铁，由于铁具有还原性，铁离子、铜离子具有氧化性，均可以与金属铁反应被还原，反应的离子反应方程式分别为：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺，再经过过滤，滤液2中溶质为FeCl₂，沉淀1含有Cu及剩余的Fe，与足量的稀硝酸反应得到硝酸铜、硝酸铁，再加入CuO，调节溶液pH，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀而从溶液中除去，再过滤得到滤液3为硝酸铜溶液，最后通过蒸发浓缩、冷却结晶得到硝酸铜晶体；
（4）根据电子转移守恒计算被氧化Cu₂S的物质的量，进而计算被氧化的Cu原子的物质的量；
Ⅱ．（5）若是由于SO₂显酸性引起的，向褪色的溶液中加入NaOH溶液，溶液变为红色，若是由于SO₂有漂白性引起的，加热后恢复红色；
（6）装置D可证明SO₂具有氧化性，则D中的溶液应具有还原性，可以选择H₂S或Na₂S，反应会有S生成；
（7）A为二氧化硫制备装置，B为检验二氧化硫使滴有酚酞的氢氧化钠溶液褪色原理，D为检验二氧化硫的氧化性，两性质检验时，装置位置可以颠倒，E进行尾气处理，防止污染空气，C装置防止倒吸，应在A与B或C之间，注意C中气流方向为短进长出．

解答 解：I．铁离子具有氧化性，可以将Cu⁺氧化为Cu²⁺、将S^2-氧化为S，过滤得到滤液1中含有CuCl₂、剩余的FeCl₃，得到的固体中含有S及SiO₂，固体中加入苯，过滤得到硫的苯溶液，矿渣为SiO₂，滤液水浴加热回收硫单质及苯；
在滤液中1加入铁，由于铁具有还原性，铁离子、铜离子具有氧化性，均可以与金属铁反应被还原，反应的离子反应方程式分别为：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺，再经过过滤，滤液2中溶质为FeCl₂，沉淀1含有Cu及剩余的Fe，与足量的稀硝酸反应得到硝酸铜、硝酸铁，再加入CuO，调节溶液pH，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀而从溶液中除去，再过滤得到滤液3为硝酸铜溶液，最后通过蒸发浓缩、冷却结晶得到硝酸铜晶体．
（1）由上述分析可知，沉淀1的成分是：Cu、Fe，故答案为：Cu、Fe；
（2）CuO的作用是：调节溶液pH，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀而从溶液中除去，故答案为：调节溶液pH，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀而从溶液中除去；
（3）从硝酸铜溶液中结晶得到Cu（NO₃）₂•nH₂O时，需要通过蒸发浓缩、冷却结晶得到硝酸铜晶体，加热过程中Cu²⁺会水解，需要加入硝酸，防止铜离子水解，故①③错误、②④⑤正确，故答案为：①③；
（4）设被氧化的Cu₂S为xmol，则根据电子转移守恒xmol×（1×2+2）=2mol×（3-2），解得x=0.5mol，故被氧化的Cu原子的物质的量为0.5mol×2=1mol，故答案为：1mol；
Ⅱ．（5）若是由于SO₂显酸性引起的，向褪色的溶液中加入NaOH溶液，溶液变为红色，若是由于SO₂有漂白性引起的，加热后恢复红色，具体方案为：取B中褪色后的溶液少许与试管中，向其中加入足量NaOH溶液，若溶液变红色（或取B中褪色后的溶液少许与试管中，加热不再变红色），则甲同学正确；
或者：将溶液加热，若溶液恢复红色，则说明乙同学正确，
故答案为：取B中褪色后的溶液少许与试管中，向其中加入足量NaOH溶液，若溶液变红色（或取B中褪色后的溶液少许与试管中，加热不再变红色），则甲同学正确；或者：将溶液加热，若溶液恢复红色，则说明乙同学正确；
（6）装置D可证明SO₂具有氧化性，则D中的溶液应具有还原性，可以选择H₂S或Na₂S，反应会有S生成，现象是：D中溶液变浑浊或有淡黄色沉淀生成，
故答案为：H₂S或Na₂S；D中溶液变浑浊或有淡黄色沉淀生成；
（7）A为二氧化硫制备装置，B为检验二氧化硫使滴有酚酞的氢氧化钠溶液褪色原理，D为检验二氧化硫的氧化性，两性质检验时，装置位置可以颠倒，E进行尾气处理，防止污染空气，C装置防止倒吸，应在A与B或C之间，注意C中气流方向为短进长出，故仪器接口的连接顺序为a→edbcgfh或edgfbch，
故答案为：edbcgfh或edgfbch．

点评 本题考查制备方案设计、性质实验方案等，关键是明确工艺流程及性质实验方案原理，是对学生综合能力的考查，（4）中计算注意，铁离子同时氧化Cu⁺、S^2-，需要学生具备知识的基础与灵活运用的能力，难度中等．