Question

某矿样含有大量的CuS及少量其它不溶于酸的杂质．实验室中以该矿样为原料制备CuCl₂?2H₂O晶体，流程如下：

（1）在实验室中，欲用37%（密度为1.19g?mL^-1）的盐酸配制500mL 6mol?L^-1的盐酸，需要的仪器除量筒、烧杯、玻璃棒外，还有

 

、

 

．
（2）①若在实验室中完成系列操作a．则下列实验操作中，不需要的是

 

  （填下列各项中序号）．

②CuCl₂溶液中存在如下平衡：Cu（H₂O）₄²⁺（蓝色）+4Cl^-?CuCl₄^2-（黄色）+4H₂O．
欲用实验证明滤液A（绿色）中存在上述平衡，除滤液A外，下列试剂中，还需要的是

 

 （填下列各项中序号）．        a．FeCl₃固体     b．CuCl₂固体     c．蒸馏水
（3）某化学小组欲在实验室中研究CuS焙烧的反应过程，查阅资料得知在空气条件下焙烧CuS时，固体质量变化曲线及SO₂生成曲线如下图所示．

①CuS矿样在焙烧过程中，有Cu₂S、CuO?CuSO₄、CuSO₄、CuO生成，转化顺序为下列四阶段：
CuS

①

Cu₂S

②

CuO?CuSO₄

③

CuSO₄

④

CuO
第①步转化主要在200～300°C范围内进行，该步转化的化学方程式为

 

．
②300～400°C范围内，固体质量明显增加的原因是

 

，上图所示过程中，CuSO₄固体能稳定存在的阶段是

 

（填下列各项中序号）．
a．一阶段    b、二阶段    c、三阶段  d、四阶段
③该化学小组设计如下装置模拟CuS矿样在氧气中焙烧第四阶段的过程，并验证所得气体为SO₂和O₂的混合物．

a．装置组装完成后，应立即进行气密性检查，请写出检查A-D装置气密性的操作

 

．
b．当D装置中产生白色沉淀时，便能说明第四阶段所得气体为SO₂和O₂的混合物．你认为装置D中原来盛有的溶液为

 

 溶液．
c．若原CuS矿样的质量为l0.0g（含加热不反应的杂质），在实验过程中，保持温度在760°C左右持续加热，待矿样充分反应后，石英玻璃管内所得固体的质量为8.4g，则原矿样中CuS的质量分数为

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：（1）根据配制500mL 6mol?L^-1的盐酸的步骤选择使用的仪器；
（2）①操作a为从氯化铜溶液中得到CuCl₂?2H₂O，操作方法按照操作顺序依次是：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，据此进行解答；
②根据影响化学平衡Cu（H₂O）₄²⁺（蓝色）+4Cl^-═CuCl₄^2-（黄色）+4H₂O的因素进行分析，注意铁离子和铜离子自身颜色会影响实验结果；
（3）①第①步反应为氯化铜与氧气反应生成硫化亚铜和二氧化硫，据此写出反应的化学方程式；
②根据固体质量变化曲线及SO₂生成曲线可知，300～400℃范围内二氧化硫含量达到最低，说明反应生成了硫酸铜，使固体质量明显增加；根据固体为硫酸铜时固体的质量最大进行分析；
③a．关闭分液漏斗活塞，在D中加水至淹没下端管口，微热A中圆底烧瓶看到D中有气泡冒出；
b．二氧化硫与氧气的混合气体能够与氯化钡生成硫酸钡沉淀，可以使用氯化钡溶液检验；
c．温度在760℃左右时生成的固体为氧化铜，根据铜元素质量守恒计算出硫化铜的质量及质量分数．

解答： 解：（1）配制500mL 6mol?L^-1的盐酸需要的仪器有：量筒、烧杯、500mL容量瓶、玻璃棒外、胶头滴管，使用还缺少：胶头滴管、500mL容量瓶，
故答案为：胶头滴管；500mL容量瓶；
（2）①操作a实验的目的是从氯化铜溶液中得到CuCl₂?2H₂O，需要的操作方法按照操作顺序依次是：蒸发浓缩、冷却结晶和过滤，所以需要的装置为a、b，不需要的为c和d，
故答案为：cd；
②CuCl₂溶液中存在如下平衡：Cu（H₂O）₄²⁺（蓝色）+4Cl^-═CuCl₄^2-（黄色）+4H₂O，欲用实验证明滤液A（绿色）中存在上述平衡，则需要改变条件，看是否有平衡移动，因此实验中进入水后溶液蓝色加深，即可证明存在平衡；不能加入氯化铁固体或氯化铜固体，原因是铁离子和铁离子本身有颜色，实验c正确，
故答案为：c；
（3）①根据CuS矿样在焙烧过程中转化顺序可知，第①步反应为氯化铜转化成硫化亚铜，反应的化学方程式为：2CuS+O₂

△   .

Cu₂S+SO₂，
故答案为：2CuS+O₂

△   .

Cu₂S+SO₂；
②根据图象曲线变化可知，300～400℃范围内固体有硫化亚铜转化为硫酸铜，所以固体质量明显增加；当固体质量最大时，固体的主要成分为硫酸铜，所以CuSO₄固体能稳定存在的阶段为第三阶段，
故答案为：Cu₂S转化为CuSO₄；c；
③a．关闭分液漏斗活塞，在D中加水至淹没下端管口，微热A中圆底烧瓶看到D中有气泡冒出，停止微热后导管中有一小段水柱回流，
故答案为：关闭分液漏斗活塞，在D中加水至淹没下端管口，微热A中圆底烧瓶看到D中有气泡冒出，停止微热后导管中有一小段水柱回流，则气密性好；
b．第四阶段所得气体为SO₂和O₂的混合物，二氧化硫与氧气能够与氯化钡溶液反应生成难溶物硫酸钡，所以装置D可以使用氯化钡溶液检验二氧化硫和氧气，
故答案为：氯化钡；
c．若原CuS矿样的质量为10.0g，在实验过程中，保持温度在760℃左右持续加热，待矿样充分反应后，石英玻璃管内所得固体的质量为8.4g，最后得到的固体为氧化铜，氧化铜的物质的量为：

8.4g

80g/mol

=0.1mol，根据铜元素守恒，硫化铜的物质的量为0.1mol，
所以硫化铜的质量分数为：

96g/mol×0.1mol

10.0g

×100%=96%，
故答案为：96%．

点评：本题考查了一定物质的量浓度的溶液配制方法、CuCl₂?2H₂O晶体的制备方法、性质实验方案的设计、化学平衡的影响因素等知识，题目难度较大，试题涉及的知识点较多，题量较大，充分考查了学生对书写知识掌握情况，试题培养了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力．