Question

【题目】氧化亚铜(Cu2O)是一种用途广泛的光电材料，在高温下易被空气氧化成CuO。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

（1）焙烧过程中产生的炉气是一种能造成酸雨有害气体，其化学式是___________，Cu2S与O2反应时，氧化剂与还原剂的物质的量之比为___________。

（2）若试剂X是H2O2溶液，其目的是为了将Fe2+离子变成Fe3+，写出相应反应的离子方程式___。当试剂X是___________时，更有利于降低生产成本。

（3）调pH时，加入的试剂Y可以为_______，pH的调控范围是________________。

（4）操作X包括________、洗涤、烘干等一系列操作，其中烘干时要隔绝空气，其目的是_____。

Answer 1

【答案】SO2 2∶1 2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O 空气或氧气 CuO或Cu(OH) 2 3.7≤pH<4.8 过滤 防止Cu2O被空气中氧气氧化

【解析】

根据流程图，硫化铜矿石(含CuFeS2、Cu2S等)预处理后与氧气焙烧，发生的反应有2CuFeS2+4O2 Cu2S+3SO2+2FeO、Cu2S+2O2 2CuO+SO2，部分FeO被氧化为Fe2O3，得到相应的金属氧化物和二氧化硫气体，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+8KOH 2Cu2O+N2↑+4KSO4+6H2O，过滤，洗涤、烘干，制得Cu2O，据此分析解答。

(1)根据流程图，硫化铜矿石(含 CuFeS2、Cu2S等)与氧气焙烧得到金属氧化物和炉气；焙烧过程中产生的炉气是一种能造成酸雨有害气体，为SO2，Cu2S与O2反应的方程式为Cu2S+2O2 2CuO+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，故答案为：SO2；2∶1；

(2)若试剂X是H2O2溶液，将Fe2+氧化为Fe3+，离子反应为：2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O；酸性条件下，氧气也可将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，故答案为：2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O；氧气或空气；

(3)加入试剂Y的目的是调节pH，完全沉淀Fe3+，但不沉淀Cu2+，为了不引入新杂质，可以选用CuO或Cu(OH) 2，根据表格数据可知，pH范围应为3.7≤pH＜4.8；故答案为：CuO或Cu(OH) 2；3.7≤pH＜4.8；

(4)根据分析N2H4制备Cu2O的化学方程式为4CuSO4+N2H4+8KOH 2Cu2O+N2↑+4KSO4+6H2O，因此操作X为过滤，洗涤、烘干，制得Cu2O；因为Cu2O具有较强的还原性，在加热条件下易被空气氧化，故烘干过程要隔绝空气，故答案为：过滤；防止Cu2O被空气中的氧气氧化。