Question

16．铜和铜合金广泛用于电气、机械制造、建筑工业、国防工业等领域．
（1）以含Cu₂S₈0%的精辉铜矿为原料冶炼金属铜（Cu₂S+O₂$\stackrel{高温}{→}$2Cu+SO₂）．若生产含Cu量97.5%的粗铜48t，则生产SO₂8.19×10⁶L（标准状况下）；需要精辉铜矿73.1t（保留一位小数）．
（2）高温时，Cu₂S和O₂在密闭容器中实际发生的反应为以下两步：2Cu₂S+3O₂$\stackrel{高温}{→}$2Cu₂O+2SO₂2Cu₂O+Cu₂S$\stackrel{高温}{→}$6Cu+SO₂↑取amol Cu₂S和bmol空气（设氧气占空气体积的20%）在高温下充分反应．根据下列几种情况回答问题（反应前后温度、容器体积不变）：
①若反应后剩余固体只有Cu，则a和b的关系是b=5a．
②若反应后剩余固体是Cu₂S和Cu，则反应前容器内压强（P₁）与反应后容器内压强（P₂）的关系是P₁=P₂．
③若反应后容器内的压强小于反应前，通过分析，确定反应前后容器内固体的成分．
（3）可用纯度为80%的精辉铜矿制备胆矾．称取8.0g矿样，溶解在40mL14.0mol/L的浓硝酸中（杂质不反应），反应为：2Cu₂S+14H⁺+10NO₃^-→4Cu²⁺+2SO₄^2-+5NO↑+5NO₂↑+7H₂O，过滤后向所得溶液再加入适量的铜和稀硫酸，充分反应前后，将该溶液蒸发结晶．计算理论上最多可得到CuSO₄•5H₂O晶体多少克？

Answer 1

分析 （1）令日均产含Cu量97.5%的粗铜48t需要含Cu₂S80%的精辉铜矿质量为x，根据关系式进行计算，根据硫守恒计算日均产SO₂标准状况下体积；
（2）①将两已知方程式相加得目标方程式，根据方程式求解；②Cu₂S+O₂=2Cu+SO₂反应前后气体的体积未变；③根据反应的化学方程式或关系式，从元素守恒的角度分析并解答；
（3）用纯度为80%的精辉铜矿制备胆矾，8.0g矿样中的铜全部转化为硫酸铜，硝酸溶解铜，后加入的铜全部转化为硫酸铜，所以理论上最多可得到CuSO₄•5H₂O的物质的量为精辉铜钟的铜加硝酸溶解的铜．

解答 解：（1）设日均产SO₂标准状况下体积为y，根据元素守恒：
2Cu～～～～～Cu₂S～～～～SO₂
128t          1          1
48×97.5%t    1         $\frac{y}{22.4}$
所以48×97.5%t：$\frac{y}{22.4}$=128t：1
解得y=8.19×10⁶，
设需精辉铜矿的质量为x，根据元素守恒：
Cu₂S～～～～～2Cu
160t         128t
x×80%     48×97.5%t
所以x•80%：48×97.5%t=160t：128t
解得x=73.1t
故答案为：8.19×10⁶；73.1t；
（2）①反应后固体全部是Cu时，则：2Cu₂S+3O₂$\stackrel{高温}{→}$2Cu₂O+2SO₂ 2Cu₂O+Cu₂S$\stackrel{高温}{→}$6Cu+SO₂↑，两方程式相加得：
Cu₂S+O₂=2Cu+SO₂
a   0.2b           解得b=5a
故答案为：b=5a；
②Cu₂S+O₂=2Cu+SO₂，反应后固体为Cu₂S、Cu时，氧气不足，但反应前后气体的体积未变，所以P₁=P₂，
故答案为：P₁=P₂；
③2Cu₂S+3O₂$\stackrel{高温}{→}$2Cu₂O+2SO₂，消耗3mol氧气生成2mol二氧化硫，当产物为Cu₂O时，反应后容器内的压强小于反应前，Cu₂S+O₂=2Cu+SO₂，反应后固体为Cu时，反应前后气体的体积未变，P₁=P₂，但反应后固体为Cu₂O、Cu时，反应后容器内的压强小于反应前，所以反应后容器内的压强小于反应前，反应前为Cu₂S，反应后容器内固体的成分为Cu₂O或Cu和Cu₂O，
故答案为：Cu₂O或Cu和Cu₂O；
（3）纯度为80%的精辉铜矿8.0g矿样，含铜n（Cu）=$\frac{8g×80%}{160g/mol}×2$=0.08mol，可生成n（CuSO₄•5H₂O）=0.08mol，矿样溶解在40mL14.0mol/L的浓硝酸中（杂质不反应），2Cu₂S+14H⁺+10NO₃^-→4Cu²⁺+2SO₄^2-+5NO↑+5NO₂↑+7H₂O消耗硝酸n（HNO₃）=$\frac{8g×80%}{160g/mol}×\frac{10}{2}$=0.2mol，过滤后向所得溶液再加入适量的铜和稀硫酸，相当于铜溶解在稀硝酸中，然后全部转化为硫酸铜晶体，n（HNO₃）=（0.56-0.2）mol=0.36mol，2NO₃^-+3Cu+8H⁺═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，溶解铜n（Cu）=$\frac{0.36mol}{2}×3$=0.54mol，则消耗的铜的总的物质的量为n（Cu）=0.54mol+0.08mol=0.62mol，根据铜原子守恒，理论上最多可得到CuSO₄•5H₂O晶体m（CuSO₄•5H₂O）=n×M=0.62mol×250g/mol=155g，
故答案为：155．

点评 本题考查化学方程式的相关计算，题目难度中等，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．