Question

【题目】氧化亚铜(Cu2O)是一种用途广泛的光电材料，某工厂以硫化铜矿石(含 CuFeS2、Cu2S等)为原料制取Cu2O的工艺流程如下：

常温下几种物质开始形成沉淀与完全沉淀时的pH如下表：

	Fe(OH)2	Fe(OH)3	Cu(OH)2
开始沉淀	7.5	2.7	4.8
完全沉淀	9.0	3.7	6.4

(1)炉气中的有害气体成分是___________，Cu2S与O2反应时，氧化剂与还原剂的物质的量之比为___________。

(2)试剂X是H2O2溶液，当试剂X是___________时，更有利于降低生产成本。

(3)加入试剂Y调pH时，pH的调控范围是________。

(4)“还原”步骤中为提高N2H4转化率可采取的措施有_________(填序号)。

a.不断搅拌，使N2H4和溶液充分接触 b.增大通入N2H4的流速

c.减少KOH的进入量 d.减小通入N2H4的流速

(5)写出用N2H4制备Cu2O的化学方程式为_______________

(6)操作X包括烘干，其中烘干时要隔绝空气，其目的是____________。

(7)以铜与石墨作电极，电解浓的强碱性溶液可制得纳米级Cu2O，写出阳极上生成Cu2O的电极反应式为________

(8)工业上用氨气生产氢氰酸(HCN的反应为：CH4(g)+NH3(g)HCN(g)+3H2(g ) △H>0。其他条件一定，达到平衡时NH3转化率随外界条件X变化的关系如图所示。则X可以是___________(填字母序号)

a.温度 b.压强 c.催化剂 d.

Answer 1

【答案】SO2 2∶1 空气或氧气 3.7≤pH<4.8 ad 4CuSO4＋N2H4＋8KOH2Cu2O＋N2↑＋4K2SO4＋6H2O 防止Cu2O被空气中氧气氧化 2Cu－2e－＋2OH－=Cu2O＋H2O bd

【解析】

硫化铜矿石（含 CuFeS2、Cu2S等）预处理后与氧气焙烧：2CuFeS2+4O2 Cu2S+3SO2+2FeO、Cu2S+2O22CuO+SO2，部分FeO被氧化为Fe2O3，得到相应的金属氧化物和SO2，加入稀硫酸溶解金属氧化物，得到含有Cu2+、Fe2+、Fe3+的酸性溶液，加入试剂X将Fe2+氧化为Fe3+，加入试剂Y调节pH3.7～4.8沉淀Fe3+，过滤，将滤液用KOH、N2H4还原，反应为：4CuSO4+N2H4+8KOH2Cu2O+N2↑+4KSO4+6H2O，过滤，洗涤、隔绝空气烘干，制得Cu2O。

(1)根据流程，矿石与氧气高温反应得到金属氧化物和SO2；Cu2S与O2反应为Cu2S+2O22CuO+SO2，氧化剂为氧气，还原剂为Cu2S，氧化剂与还原剂的物质的量之比为2:1；

(2)若试剂X是H2O2溶液，将Fe2＋氧化为Fe3＋；酸性条件下，O2也可将Fe2＋氧化为Fe3＋，而氧气或空气价格远低于过氧化氢，故可用氧气或空气替代；

(3)加入试剂Y的目的是调节pH完全沉淀Fe3＋，但不沉淀Cu2＋，根据表中数据可知，pH范围为：3.7≤pH＜4.8；

(4)还原过程中发生的反应是4CuSO4+N2H4+8KOH2Cu2O+N2↑+4KSO4+6H2O，提高N2H4的转化率，则N2H4要充分反应；

a．不断搅拌，增加N2H4与溶液的接触面，使得N2H4充分反应，a符合题意；

b．增大通入N2H4的流速，有部分N2H4来不及反应，转化率会降低，b不符合题意；

c．减少KOH的进入量,该反应需要消耗碱，如果没有碱，反应速率减慢，转化率降低，c不符合题意；

d．减小通入N2H4的流速，能够使得N2H4反应更加充分，转化率增加，d符合题意；

综上ad符合题意；

(5)根据分析N2H4制备Cu2O的化学方程式为4CuSO4+N2H4+8KOH2Cu2O+N2↑+4KSO4+6H2O；

(6)操作X为过滤，洗涤、隔绝空气烘干，制得Cu2O，因为Cu2O可以被O2氧化，在加热条件下易被空气氧化，故烘干过程要隔绝空气；

(7)以铜与石墨作电极，电解浓的强碱性溶液可制得纳米级Cu2O，阳极发生氧化反应，电极反应式为：2Cu-2e－+2OH－=Cu2O+H2O；

(8)根据图示，NH3的转化率随着X的增加而减小；

a该反应为放热反应，升高温度，平衡正向移动，NH3的转化率增加，与图像不符，a不符合题意；

b．该反应是气体体积增大的反应，增大压强，平衡向逆反应方向移动，NH3的转化率减小，与图像相符，b符合题意；

c．催化剂增加化学反应速率，但是不影响平衡移动，NH3转化率不变，与图像不符，c不符合题意；

d．增加，平衡正向移动，但是NH3的转化率减小，与图像相符，d符合题意；

综上bd符合题意。